CN100346150C - 成象状态调节法、曝光法及设备以及器件制造方法 - Google Patents

Abstract

当输入投影光学系统(PL)的波前象差的实际测量数据时，主控制器(50)根据该数据和输入之前制作的成象特性泽尔尼克变量表计算投影光学系统的靶成象特性。通过利用泽尔尼克变量表，可以只用一次测量波前象差来计算靶成象特性。而且还提前获得表示可调节的特定光学元件(13₁～13₄)的调节与投影光学系统的成象特性的变化之间关系的参数，并将其提前储存在存储单元(42)中。然后，当输入投影光学系统的成象特性的测量数据时，主控制器利用测量数据、参数和特定光学元件的靶调节量之间的关系表达式计算特定光学元件的靶调节量，并且根据计算结果调节特定光学元件。

Description

成象状态调节法、曝光法及设备以及器件制造方法

技术领域

本发明涉及成象特性测量法、成象特性调节法、曝光法及设备、程序和存储介质以及器件制造方法，并且尤其涉及一种测量投影光学系统的靶成象特性的成象特性测量法、调节成象特性的成象特性调节法、利用成象特性已根据本发明的成象特性调节法调节过的投影光学系统进行曝光的曝光法和适于执行成象特性调节法的曝光设备、使曝光设备的控制计算机执行计算和调节投影光学系统靶成象特性的处理的程序以及储存这一程序并可由电脑读出的信息存储介质，和一种利用曝光设备的器件制造方法。

背景技术

常规地以光刻法制造诸如半导体、液晶显示器等器件时使用投影曝光设备，如基于重复扫描法(所谓的步进器)的缩小曝光设备和基于步进扫描法(所谓的扫描步进器)的扫描投影曝光设备。对于这种投影曝光设备，通过投影光学系统把形成在光掩模或分划板(以下统称“分划板”)上的图案转印到一个基片、如涂覆有光敏材料如光致抗蚀剂的玻璃板上。

制造半导体器件时，因为不同的电路图案需要在一个基片上有多层，所以将其上形成有电路图案的分划板精确重叠到先前形成在基片上每个拍摄区中的图案上很重要。为了有良好的重叠精确度，需要将投影光学系统的成象特性调节到理想的状态(例如分划板图案的转印图象相对于基片上每个拍摄区(图案)的放大误差已得到校正)。甚至当把第一层的分划板图案转印到基片的每个拍摄区上时，也最好调节投影光学系统的成象特性，使得第二层及向上的层的分划板图案能精确地转印到每个拍摄区。

作为调节投影光学系统的成象特性(一种光学特性)的一个前提，需要精确测量(或探测)成象特性。作为成象特性的测量方法，主要采用计算成象特性的方法(以下称作“曝光法”)。在此方法中，利用一个其上被形成预定的测量图案的测量掩模进行曝光，测量一个转印的图象，如通过对其上被转印并形成测量图案的投影图象的基片显影而获得的抗蚀剂图象。然后，根据测量结果计算成象特性，具体地说是塞德尔五种象差(畸变，球差，象散、场曲率和彗差)。除此方法外，还使用一种不实际进行曝光来计算上述五种象差的方法(“空间图象测量法”)。在此方法中，用照明光对测量掩模照明，并且测量通过投影光学系统形成的测量图案的空间图象(投影图象)，然后再根据测量结果计算上述五种象差。

但是对于上述曝光法或空间图象测量法，为了获得五种象差，必需利用对每种测量适宜的图案单独地重复上述测量。另外，还必须依据待测象差的类型和大小考虑执行测量的顺序，以便精确调节投影光学系统。例如，当彗差较大时就分辩不出图案的图象，因此当在这种状态下测量象差如畸变、球差和象散时，就不能获得精确的数据。因而在这种情况下，需要在进行畸变等的测量之前将彗差减小到一个特定的水平。

另外，由于近年来半导体器件等较高的集成度，电路图案变得更细。因此只校正塞德尔五种象差已经不够，需要对投影光学系统成象特性进行总的调节，包括高阶象差。为了对成象特性进行这种总的调节，需要通过利用组成投影光学系统的各个透镜的数据(如曲率、折射率和厚度)进行光线轨迹计算来算出需要调节的透镜元件以及它们的调节量。

但是，因为各个透镜元件的数据对于曝光设备的制造商来说是一个机密，所以通常很难用于技术服务人员的修理或调节曝光设备或用户获得这些数据。另外，因为光线轨迹的计算需要大量的时间，所以对于技术服务人员进行当场计算很不现实。

另外，投影光学系统的象差对各种图案的成象特性的影响不同，这也使得曝光设备的用户根据待投影图案的类型有不同的要求。例如，接触孔图案尤其易受象散的影响。带有细线条宽度的行-间隔图案受彗差影像很大，并且例如隔离的线条图案和行-间隔图案的最佳焦点位置不同。

在这种情况下，希望有一种新的技术，如一种能够使半导体工厂的操作员简单且精确地进行投影光学系统成象特性(一种光学特性)的测量，尤其是在对把主体图案转印到基片时预计对精确度有重大影响的成象特性(象差)进行测量时；或者是这样一种新的技术，能够使半导体工厂的技术服务人员等对投影光学系统的成象特性进行相对简单及高精确度的调节。

发明内容

在这种形势下提出了本发明，并且本发明的第一个目的在于提供一种成象特性测量法，该方法可以简易且精确地测量投影光学系统的靶成象特性。

本发明的第二个目的在于提供一种成象特性调节法，可以简易且精确地调节投影光学系统的成象特性。

本发明的第三个目的在于提供一种曝光法，该曝光法可以将精细的图案以良好的精密度形成到基片上。

本发明的第四个目的在于提供一种曝光设备，该设备可以以良好的精密度将掩模上的图案转印到基片上。

本发明的第五个目的在于提供一种器件制造方法，该方法有助于提高器件的生产率。

本发明的第六个目的在于提供一种适于用在每个曝光设备中的程序和储存这种程序并可由计算机读出的信息存储介质。

根据本发明，提供一种对通过投影光学系统投影在物体上的图案的像的成象状态进行调节的方法，其中，测量与所述投影光学系统的波前象差有关的信息，根据与所述波前象差有关的信息以及与所述图案的像的投影条件对应的泽尔尼克变量表，使得用于校正所述图案的像的误差的加权函数最佳化，计算出在对所述图案的像的成象状态进行调节的单元的调节信息。

根据本发明，提供一种曝光设备，通过投影光学系统把图案转印到物体上，该曝光设备包括：调节单元，对通过所述投影光学系统投影在所述物体上的图案的像的成象状态进行调节；和计算单元，根据与所述投影光学系统的波前象差有关的信息、和与所述图案的像的投影条件对应的泽尔尼克变量表，使得用于校正所述图案的像的误差的加权函数最佳化，计算所述调节单元中的调节信息。

根据本发明提供一种曝光方法，通过投影光学系统将图案转印到物体上，其中，使用上述的方法，计算出在对通过所述投影光学系统投影在所述物体上的图案的像的成象状态进行调节的单元中的调节信息，根据所述计算出的调节信息控制所述调节单元，从而将所述图案转印到物体上。

根据本发明，提供一种包括光刻过程的器件制造方法，其中，在所述光刻过程中，使用上述的曝光方法在感光基片上形成图案。

根据本发明的第一方面，提供了一种至少测量投影光学系统的一个成象特性的成象特性测量法，该方法包括：测量过程，在投影光学系统至少一个场中的一个测量点处测量投影光学系统的波前象差；和计算过程，根据波前象差的测量以及提前预备的靶成象特性的泽尔尼克(Zernike)变量表计算至少一个靶成象特性。

在此情况下“靶成象特性”是一个包括靶成象特性及其指标的概念。在本文中，“靶成象特性”用于这种意思。

在本方法中，在投影光学系统场的至少一个测量点处测量投影光学系统的波前象差之后，根据测得的象差和提前预备的成象特性的泽尔尼克变量表计算靶成象特性。通过以此方式提前预备泽尔尼克变量表，可以只一次测量波前象差就可以计算靶成象特性。在此情况下，因为对波前象差进行测量，其中该象差是投影光学系统的总的成象特性，所以可以以良好的精确度获得靶成象特性。

在此情况下，在计算过程中，当靶成象特性包括多种类型的成象特性时，可以根据波前象差的测量以及对多类成象特性每一类的泽尔尼克变量表分别计算出包含在靶成象特性中的多类成象特性。

对于本发明的成象特性测量法，可以在考虑到各种图案后对各种成象特性单独制作成象特性的泽尔尼克变量表，或者该方法还包括：制作过程，在测量过程之前，根据要由投影光学系统投影的图案主体的信息以及靶成象特性来设定条件以制作泽尔尼克变量表，并且根据涉及投影光学系统的信息以及涉及给定象差的信息制作与涉及给定象差的信息对应的靶成象特性的泽尔尼克变量表。在后一情况下，涉及投影光学系统的信息可以包括投影光学系统的数值孔径，照明条件以及照明光的波长。

对于本发明的成象特性测量法，当在测量过程之前制作泽尔尼克变量表时，在制作过程中，靶成象特性包括多种类型的成象特性时，可以制造与涉及象差的信息对应的关于多类成象特性每一个的泽尔尼克变量表。

对于本发明的成象特性测量法，还可以包括：一个显示过程，显示涉及已经被算出的靶成象特性的信息。

根据本发明的第二方面，提供了一种至少调节投影光学系统一个成象特性的第一成象特性调节法，该方法包括：测量过程，利用如权利要求1所述的成象特性测量法测量至少一个靶成象特性；和调节过程，根据靶成象特性的测量结果调节投影光学系统。

在调节法中，因为利用本发明的成象特性测量法测量至少一个靶成象特性，所以可以以良好的精确度获得靶成象特性；并且根据获得的成象特性(成象特性的测量结果)调节投影光学系统。因此，可以以良好的精确度调节投影光学系统的靶成象特性。例如通过由特别影响主体图案的图象形成的成象特性(象差)决定靶成象特性，可以尽可能地按照主体图案调节投影光学系统的成象特性。

在此情况下，可以构成的投影光学系统包括多个光学元件，这些元件包括用于调节的特定光学元件，并且可以通过利用已经测得的成象特性、参数和特定光学元件的靶调节量之间的关系表达式的计算决定特定光学元件的靶调节量，并且通过根据决定的靶调节量对用于调节的特定光学元件进行调节来进行投影光学系统的调节，参数表示特定光学元件的调节与投影光学系统成象特性的变化之间关系。

根据本发明的第三方面，提供了一种调节投影光学系统的至少一个成象特性的第二成象特性调节法，其中该投影光学系统包括多个光学元件，多个光学元件中包括一个用于调节的特定光学元件，本方法包括：获取过程，通过投影光学系统获得在投影光学系统的至少一个场中的一个测量点处关于光的信息；和决定过程，通过利用已经获得的成象特性、参数和特定光学元件的靶调节量之间的关系表达式的计算来决定特定光学元件的靶调节量，其中该参数表示特定光学元件的调节量和投影光学系统的成象特性的变化之间的关系。

在此情况下“用于调节的特定光学元件”表示用于调节成象特性的特定光学元件，除了通过驱动或改变特定光学元件来调节投影光学系统的成象特性的情形之外，还包括诸如通过重新处理或交换特定光学元件来调节成象特性的情形。即，除了在调节阶段调节(校正)成象特性，对于特定光学元件的“调节”还包括对成象特性被调节的投影光学系统本身进行调节。另外，事实上，用于调节的特定光学元件不限于一个，可以是多个。在此说明书中，“用于调节的特定光学元件”含有此种意思。

另外，当用于调节的特定光学元件为多个时，“靶调节量”包括调节量为零的情形，即没有进行调节的情形。在此说明书中，“靶调节量”含有此种意思。

在本方法中，调节投影光学系统时，通过投影光学系统获得在投影光学系统的至少一个场中的一个测量点处关于光的信息，并且获得成象特性。并且通过进行计算，利用已经获得的成象特性、表示特定光学元件的调节量与投影光学系统成象特性的变化之间关系的参数以及特定光学元件的靶调节量之间的关系表达式，以靶调节量作为未知值，通过计算决定该未知值，即特定光学元件的靶调节量。在此方式中，通过利用成象特性(象差)的实际测量结果、表示特定光学元件的调节与投影光学系统成象特性的变化之间关系的参数以及特定光学元件的靶调节量之间的关系表达式，可以很容易地算出用于校正成象特性的特定光学元件的靶调节量。这使得可以以简单的方式高精度地调节投影光学系统的成象特性。

在此情况下，本方法还包括一个获取过程，在获得成象特性的获取过程之前，获得该参数。

对于本发明的第二成象特性调节法，要调节的成象特性可以只是一个成象特性，或者成象特性可以包括多种类型的成象特性。后一种情况下，在获得成象特性的获取过程中，可以获得多种类型的成象特性，并且在决定过程中，可以通过利用已经获得的多类成象特性、参数和特定光学元件的靶调节量之间的关系表达式的计算来决定特定光学元件的靶调节量，其中参数表示特定光学元件的调节与投影光学系统的成象特性的变化之间的关系。

对于本发明的第二成象特性调节法，要调节的成象特性可以是各种成象特性，并且可以考虑与这些成象特性对应的各种关系表达式。例如，成象特性可以是表示成泽尔尼克多项式的波前象差。

在此情况下，该关系表达式可以是一个包含加权函数的方程，加权函数对泽尔尼克多项式中每一项的系数进行加权。

根据本发明的第四方面，提供一种通过投影光学系统把形成在掩模上的图案转印到基片上的曝光法，该曝光法包括：一个调节过程，利用根据前述第一和第二成象特性调节法中任意一个的成象特性调节法调节投影光学系统的至少一个成象特性；和一个转印过程，利用成象特性得到调节的投影光学系统把图案转印到基片上。

在此方法中，利用本发明第一或第二成象特性调节法中的任意一个调节投影光学系统的成象特性，并且通过成象特性得到调节的投影光学系统把掩模的图案转印到基片上。因此，因为通过成象特性得到高精度调节的投影光学系统把掩模图案转印到基片上，所以形成到基片上的精细图案能够有良好的精度。

尤其当利用本发明的第一成象特性调节法调节投影光学系统时，可以尽可能地调节靶成象特性，例如，尤其影响主体图案成象的成象特性。因此，甚至当利用一个其上形成有精细图案作为主体图案的掩模进行曝光时，也可以通过这样一个投影光学系统把图案转印到基片上，即该投影光学系统的尤其影响精细图案成象的成象特性(象差)被尽可能地调节。

根据本发明的第五方面，提供了一种通过投影光学系统把形成在掩模上的图案转印到基片上的第一曝光设备，该曝光设备包括：一个测量单元，测量投影光学系统的波前象差，该测量单元至少部分地连结到包含投影光学系统的曝光设备主体；和一个第一计算单元，根据通过测量单元和靶成象特性的泽尔尼克变量表测出的投影光学系统的波前象差计算至少一个靶成象特性。

在此设备中，当测量单元测量投影光学系统的波前象差时，第一计算单元根据算出的投影光学系统的波前象差和靶成象特性的泽尔尼克变量表计算靶成象特性。在此方式中，通过利用泽尔尼克变量表，可以只测量波前象差来算出靶成象特性。在此情况下，因为对波前象差进行测量，而波前象差是投影光学系统的总体成象特性，所以可以以良好的精确度获得靶成象特性。并且通过在以良好的精确度获得的靶成象特性变为最佳(例如，靶值之间的差异最小)的状态下进行曝光，可以以良好的精确度把掩模图案转印到基片上。

在此情况下，第一曝光设备还可以包括一个提前储存泽尔尼克变量表的存储单元。

关于本发明的第一曝光设备，泽尔尼克变量表可以是一个与主体图案曝光时的给定象差有关的信息对应的靶成象特性泽尔尼克变量表。

根据本发明的第一曝光设备，还可以包括：一个用于输入包括主体图案信息、靶成象特性信息、与投影光学系统有关的信息以及关于给定象差的信息的各类信息的输入单元；和一个第二计算单元，设置条件以便根据经输入单元输入的主体图案和靶成象特性的信息、并根据经输入单元输入的与投影光学系统有关的信息以及与给定象差有关的信息制作泽尔尼克变量表，第二计算单元制作一个靶成象特性的泽尔尼克变量表，与主体图案曝光时给定象差的信息对应。

在此情况下，与投影光学系统有关的信息可以包括投影光学系统的数值孔径、照明条件和照明光的波长。

根据本发明的第一曝光设备还可以包括一个显示单元，在显示屏上显示关于第一计算单元算出的靶成象特性的信息。

本发明的第一曝光设备还可以包括一个成象特性校正单元，根据第一计算单元的靶成象特性计算结果校正投影光学系统的至少一个成象特性。

在此情况下，构成的投影光学系统可以包括多个光学元件，这多个光学元件包括一个用于调节的特定光学元件，成象特性校正单元可以有一个提前储存参数的存储单元，储存的参数表示特定光学元件的调节和投影光学系统成象特性的变化之间的关系；和一个计算单元，利用已经算出的成象特性的信息、参数以及特定光学元件的靶调节量之间的关系表达式计算特定光学元件的靶调节量。

根据本发明的第六方面，提供了一种经投影光学系统把形成在掩模上的图案转印到基片上的第二曝光设备，该曝光设备包括：包含多个光学元件的投影光学系统，其中多个光学元件中包含一个用于调节的特定光学元件；一个提前储存参数的存储单元，参数表示特定光学元件的调节与投影光学系统成象特性的变化之间的关系；一个测量单元，测量投影光学系统的至少一个成象特性，测量单元至少部分地连结到包含投影光学系统的曝光设备主体；和一个计算单元，利用测量单元测得的实际测量数据、参数和特定光学元件的靶调节量之间的关系表达式计算特定光学元件的靶调节量。

在此设备中，提前获得表示可调节的特定光学元件的调节与投影光学系统成象特性的变化之间的关系的参数并将其储存在存储单元。并且当测量单元实际测量投影光学系统的成象特性时，计算单元利用成象特性的实际测量数据、上述参数和特定光学元件的靶调节量之间的关系表达式计算特定光学元件的靶调节量。如上所述，因为上述参数提前获得并储存在存储单元中，所以当实际测量成象特性(象差)时，可以很容易地计算特定光学元件用于校正成象特性的靶调节量，并且通过根据计算结果调节特定光学元件，可以简单且高精度地调节投影光学系统的成象特性。因此，通过利用成象特性得到高精度调节的投影光学系统进行曝光，可以经投影光学系统将掩模的图案高精确度地转印到基片上。

在此情况下，可以由操作者手动依据以上算出的特定光学元件的靶调节量进行调节，或者例如，第二曝光设备还可以包括一个成象特性调节单元，通过根据算出的靶调节量调节特定光学元件来调节投影光学系统的至少一个成象特性。

关于本发明的第二曝光设备，要被调节的成象特性可以是一种成象特性，但该成象特性可以包括多种类型的成象特性。在后一种情况下，测量单元可以测量多类投影光学系统的成象特性，并且计算单元可以利用测量单元测得的多类成象特性的实际测量数据、参数和特定光学元件的靶调节量之间的关系表达式计算特定光学元件的靶调节量。

关于本发明的第二曝光设备，要被调节的成象特性可以是各种类型的成象特性，并且可以考虑与这些成象特性对应的各种关系表达式。例如，成象特性可以是表示成泽尔尼克多项式的波前象差。

在此情况下，该关系表达式可以是一个包含加权函数的方程，加权函数对泽尔尼克多项式中每一项的系数进行加权。

根据本发明的第七方面，提供了一种第一程序，该程序使通过投影光学系统把掩模图案转印到基片上的曝光设备的控制计算机执行一个预定的处理，该程序使得控制计算机执行：条件设置程序，为响应于涉及主体图案信息以及靶成象特性信息的信息输入而对制作泽尔尼克变量表设置条件；和制作程序，响应于涉及投影光学系统的信息以及给定象差的信息的输入，制作一个与主体图案曝光的给定象差的信息对应的靶成象特性的泽尔尼克变量表。

当把程序安装到曝光设备的控制计算机中时，通过对计算机输入关于主体图案的信息和涉及靶成象特性的信息，由计算机响应于该输入执行为制作泽尔尼克变量表的条件设置。接下来，通过对已经完成这些条件设置的计算机输入涉及投影光学系统的信息和关于给定象差的信息，响应于该输入，计算机制作一个与主体图案曝光时的给定象差的信息对应的靶成象特性的泽尔尼克变量表。即，通过只对计算机输入制作泽尔尼克变量表所必需的最少信息，如关于主体图案的信息、涉及靶成象特性的信息、涉及投影光学系统的信息和关于给定象差的信息，就可以很容易地制造对应于主体图案的曝光给定象差的靶成象特性泽尔尼克变量表。由此制作的泽尔尼克变量表也可以用于包括同类投影光学系统的其它曝光设备。

以上述方式建立泽尔尼克变量表之后，该程序还可以使控制计算机执行计算程序，根据实际测量数据和泽尔尼克变量表，响应于投影光学系统波前象差的实际测量数据的输入，计算投影光学系统的靶成象特性。在此情况下，响应于该输入，通过进一步输入投影光学系统的波前象差实际测量数据，计算机根据实际数据和泽尔尼克变量表计算投影光学系统的靶成象特性。因此，只通过输入至少一次测量获得的波前象差实际测量数据，就可以由计算机短时间内精确地算出靶成象特性。

关于本发明的第一程序，该程序还可以使控制计算机执行显示程序，在显示单元上显示已经算出的靶成象特性的信息。

关于本发明的第一程序，该程序还可以使控制计算机执行调节程序，调节投影光学系统，使得已经算出的靶成象特性变为最佳(例如，靶值之差最小)。

关于本发明的第一程序，当除了制作上述泽尔尼克变量表外还计算靶成象特性时，该程序还可以使控制计算机执行：制作程序，响应于涉及投影光学系统的不同信息的输入以及给定象差信息的输入，通过涉及投影光学系统的每个不同信息制作泽尔尼克变量表；计算程序，响应于投影光学系统的波前象差实际测量数据的输入，根据实际测量数据和泽尔尼克变量表，通过涉及投影光学系统的每个不同信息计算投影光学系统的靶成象特性；和决定程序，通过找到涉及投影光学系统的信息决定最佳曝光条件，该最佳曝光条件使得已经算出的靶成象特性变为最佳(例如，靶值之差变为最小)。

在此情况下，该程序还可以使控制计算机执行设置程序，设置已经决定的最佳曝光条件。

根据本发明的第八方面，提供了一种第二程序，该程序使控制计算机执行：计算程序，根据实际测量数据和提前预备的靶成象特性的泽尔尼克变量表，响应于涉及靶成象特性的信息输入以及投影光学系统波前象差的实际测量数据的输入计算投影光学系统的靶成象特性。

当把该程序安装到曝光设备的控制计算机中时，通过把涉及靶成象特性的信息和投影光学系统波前象差的实际测量数据输入到计算机中，该计算机响应于输入，根据实际测量数据和提前预备的靶成象特性的泽尔尼克变量表算出投影光学系统的靶成象特性。在这种情况下，包括同类投影光学系统的其它曝光设备的控制计算机可以使用泽尔尼克变量表，该表是利用本发明的第一程序制作的靶成象特性的泽尔尼克变量表。因此，只通过输入涉及靶成象特性的信息以及至少一次测量中获得的波前象差实际测量数据，就可以由计算机短时间内精确地算出靶成象特性。在此情况下，例如优选将极大影响主体图案成象的成象特性选为靶成象特性。

关于本发明的第二程序，该程序还可以使控制计算机执行显示程序，在显示单元上显示已经算出的靶成象特性的信息。

关于本发明的第二程序，该程序还可以使控制计算机执行调节程序，调节投影光学系统，使得已经算出的靶成象特性变为最佳。

根据本发明的第九方面，提供了一个第三程序，该程序使通过投影光学系统把掩模图案转印到基片上的曝光设备的控制计算机执行一个预定的处理，该程序使得控制计算机执行：计算程序，响应于投影光学系统成象特性的实际测量值的输入，利用已经输入的成象特性实际测量值、参数和投影光学系统的靶调节量之间的关系表达式计算投影光学系统的靶调节量，其中参数表示投影光学系统的调节与投影光学系统成象特性的变化之间的关系。

关于该程序，提前把该程序安装到曝光设备的控制计算机中。并且当输入投影光学系统成象特性的实际测量数据时，曝光设备的控制计算机利用已经输入的实际测量数据、表示投影光学系统的调节与投影光学系统成象特性的变化之间关系的参数以及投影光学系统的靶调节量之间的关系表达式计算靶调节量。即，操作者等只需实际测量成象特性(象差)和输入成象特性的实际测量值来计算投影光学系统的靶调节量，以便校正成象特性。因此，例如通过根据算出的靶调节量调节投影光学系统，可以很容易地高精度调节投影光学系统的成象特性。

在此情况下，该程序还可以使控制计算机执行显示程序，在显示单元上显示已经算出的靶调节量的信息。

关于本发明的第三程序，该程序还可以使控制计算机执行调节程序，根据已经算出的靶调节量调节投影光学系统。

关于本发明的第三程序，该参数可以是表示构成投影光学系统的用于调节的特定光学元件的调节与成象特性的变化之间的关系的参数，并且靶调节量可以是特定光学元件需要调节的量。

关于本发明的第三程序，成象特性可以是表示成泽尔尼克多项式的一个波前象差。

在此情况下，关系表达式可以是一个包括加权函数的方程，对泽尔尼克多项式每一项的系数加权。

关于本发明的第三程序，该程序还可以使控制计算机执行：条件设置程序，响应于涉及主体图案信息的信息输入以及靶成象特性的信息输入而对制作泽尔尼克变量表设置条件；制作程序，响应于涉及投影光学系统的信息以及给定象差的信息的输入，制作一个与象差信息对应的靶成象特性的泽尔尼克变量表；和计算程序，根据测量数据和泽尔尼克变量表，响应于投影光学系统波前象差的实际测量数据的输入，计算靶成象特性。

关于本发明的第三程序，该程序还可以使控制计算机执行显示程序，在显示单元上显示已经算出的靶成象特性的信息。

关于本发明的第三程序，该程序还可以使控制计算机执行转换程序，把通过投影光学系统在其至少一个场中的一个测量点处获得的信息转变成投影光学系统波前象差的实际测量数据。

根据本发明的第十方面，提供了一种至少调节投影光学系统的一个成象特性的第三成象特性调节法，该方法包括：测量过程，测量与投影光学系统的波前象差有关的信息；并且根据光学元件的调节量与泽尔尼克多项式每一项系数的变化之间关系的数据以及与波前象差有关的信息，通过驱动投影光学系统的光学元件来调节成象特性。

通过该方法，在调节投影光学系统的至少一个成象特性时，根据测得的与波前象差有关的信息以及投影光学系统的光学元件调节量与泽尔尼克多项式每一项系数的变化之间关系的数据来测量与投影光学系统的波前象差有关的信息，并且通过驱动该光学元件来调节成象特性。在此情况下，可以根据投影光学系统的光学元件调节量和泽尔尼克多项式每一项系数的变化以及与测得的波前象差有关的信息很容易地算出用于校正投影光学系统成象特性的光学元件靶调节量。因此，可以很容易地以高精度调节投影光学系统的成象特性。

根据本发明的第十一方面，提供了一种通过投影光学系统把图案转印到物体上的曝光法，该方法包括测量过程，测量与投影光学系统的波前象差有关的信息；计算过程，根据与波前象差有关的信息以及通过对泽尔尼克多项式每一项给予预定的象差值并计算泽尔尼克多项式每一项中投影光学系统的靶成象特性而获得的泽尔尼克变量表，对可设置的每一项曝光条件计算在投影光学系统投影图案时的靶成象特性；和转印过程，根据已经算出的关于每一曝光条件的靶成象特性，利用关于图案设置的最佳曝光条件把图案转印到物体上。

通过该方法，在曝光之前测出与投影光学系统的波前象差有关的信息，并且根据与象差有关的信息以及通过对泽尔尼克多项式每一项给予预定的象差值并计算泽尔尼克多项式每一项中投影光学系统的靶成象特性而获得的泽尔尼克变量表，对可设置的每一项曝光条件计算在投影光学系统投影图案时的靶成象特性。并且当进行曝光时，根据对每个曝光条件算出的靶成象特性，为该图案设置最佳条件，并将图案转印到物体上。因此，因为在最佳条件下进行曝光，所以甚至在该图案是一个精细的图案时，也可以按照该图案以良好的精度将其转印到物体上。

根据本发明的第十二方面，提供了一种通过投影光学系统把图案转印到物体上的第三曝光设备，该曝光设备包括：一个计算单元，根据与投影光学系统的波前象差有关的信息以及通过对泽尔尼克多项式每一项给予预定的象差值并计算泽尔尼克多项式每一项中投影光学系统的靶成象特性而获得的泽尔尼克变量表，获得靶成象特性；和调节单元，根据与波前象差有关的信息以及已经算出的靶成象特性之一调节投影光学系统的至少一个成象特性。

通过该设备，计算单元根据与投影光学系统的波前象差有关的信息以及通过计算泽尔尼克多项式每一项中投影光学系统的靶成象特性并对泽尔尼克多项式每一项给予预定的象差值而获得的泽尔尼克变量表来获得靶成象特性。并且调节单元根据与波前象差有关的信息或是已经算出的成象特性调节投影光学系统的成象特性。因此，可以根据与波前象差有关的信息以良好的精度调节投影光学系统的包括高阶成分的成象特性，并且进行调节，以良好的精度进行靶成象特性的校正。在任何一种情况下，通过利用已经调节过的投影光学系统把图案转印到物体上，都可以以良好的精度将精细的图案转印到物体上。

根据本发明的第十三方面，提供了一种通过投影光学系统把图案转印到物体上的第四曝光设备，该曝光设备包括：存储单元，储存与投影光学系统中光学元件的调节量与泽尔尼克多项式中每一项的系数变化之间的关系有关的数据；和调节单元，根据与投影光学系统的波前象差有关的信息和数据调节投影光学系统的至少一个成象特性。

通过该设备，调节单元根据投影光学系统中光学元件的调节量与泽尔尼克多项式中每一项的系数变化之间的关系有关的数据以及与储存在存储单元中的投影光学系统的波前象差有关的信息调节投影光学系统的成象特性。在此情况下，因为用于校正投影光学系统成象特性的光学元件的靶调节量很容易根据投影光学系统中光学元件的调节量与泽尔尼克多项式中每一项的系数变化之间的关系有关的数据以及与波前象差有关的信息(如波前象差的测量值)算出，所以可以很容易地高精度调节投影光学系统的成象特性。并且通过利用已经调节过的投影光学系统进行曝光，所以可以以很高的精度把图案转印到物体上。

根据本发明的第十四方面，提供了一种通过投影光学系统把图案转印到物体上的第五曝光设备，该曝光设备包括：一个计算单元，根据与投影光学系统的波前象差有关的信息以及通过对泽尔尼克多项式每一项给予预定的象差值并计算泽尔尼克多项式每一项中投影光学系统的靶成象特性而获得的泽尔尼克变量表，获得当可以设置关于投影光学系统投影图案的多个曝光条件时的靶成象特性；和曝光控制单元，根据已经算出的关于每个曝光条件的靶成象特性设置图案的最佳曝光条件。

通过该设备，计算单元根据与投影光学系统的波前象差有关的信息以及通过计算泽尔尼克多项式每一项中投影光学系统的靶成象特性并对泽尔尼克多项式每一项给予预定的象差值而获得的泽尔尼克变量表来计算关于在用投影光学系统投影图案时可设置的多个曝光条件的靶成象特性。并且曝光控制单元根据已经算出的对于每个曝光条件的靶成象特性设置图案的最佳曝光条件。通过这种方式，在与图案对应的最佳条件下进行曝光，因此，甚至当图案是一种精细图案时，也可以以良好的精度把图案转印到物体上。

根据本发明的第十五方面，提供了一种使曝光设备的控制计算机执行预定处理的第四程序，其中该曝光设备通过一个投影光学系统把掩模的图案转印到物体上，该程序使控制计算机执行：测量程序，测量与投影光学系统的波前象差有关的信息；和调节程序，根据光学元件的调节量与泽尔尼克多项式每一项系数的变化之间的关系的数据以及与波前象差有关的信息，通过驱动投影光学系统的光学元件来调节至少一个成象特性。

根据本发明的第十六方面，提供了一种使曝光设备的控制计算机执行预定处理的第五程序，其中该曝光设备通过一个投影光学系统把掩模的图案转印到物体上，该程序使控制计算机执行：测量程序，测量与投影光学系统的波前象差有关的信息；计算程序，根据与投影光学系统的波前象差有关的信息以及通过对泽尔尼克多项式每一项给予预定的象差值并计算泽尔尼克多项式每一项中投影光学系统的靶成象特性而获得的泽尔尼克变量表，对可设置的每一项曝光条件计算在投影光学系统投影图案时的靶成象特性；和转印程序，根据已经算出的关于每一曝光条件的靶成象特性，利用关于图案设置的最佳曝光条件把图案转印到物体上。

根据本发明的第十七方面，提供了一种使曝光设备的控制计算机执行预定处理的第六程序，其中该曝光设备通过一个投影光学系统把掩模的图案转印到物体上，该程序使控制计算机执行：获取过程，根据与投影光学系统的波前象差有关的信息以及通过对泽尔尼克多项式每一项给予预定的象差值并计算泽尔尼克多项式每一项中投影光学系统的靶成象特性而获得的泽尔尼克变量表，获得靶成象特性；和调节程序，根据与波前象差以及与已经算出的成象特性有关的信息，调节投影光学系统的至少一个成象特性。+

本发明的第一至第六程序可以储存在一个存储介质中。因此，根据本发明的第十八方面，提供了一种信息存储介质，该介质可以由计算机读出记录在其中的第一至第六程序中的任何一个。

另外，在光刻法中，通过利用本发明第一至第五曝光设备中的一个进行曝光，以良好的精度把图案转印到基片上，使得可以以很好的产量制造高集成度微器件。因此，本发明的另一个方面，提供了一种使用本发明第一至第五曝光设备的器件制造法(即，一种包括利用第一至第五曝光设备中的一个把图案转印到光敏物体上的过程的器件制造法)。

另外，制造曝光设备时，通过在把投影光学系统组合到曝光设备的主体之后利用第一至第三成象特性调节法之一调节投影光学系统，可以以良好的精确度调节投影光学系统的成象特性。因此，本发明的另一个方面在于提供了一种制造曝光设备的方法，包括利用第一至第三成象特性调节法中的一个调节投影光学系统的过程。

附图说明

图1是根据本发明实施例的曝光设备结构简图；

图2A～2F是解释制备数据库时受驱动的活动透镜等驱动方向的定义的示图；

图3是测量分划板的透视图；

图4是测量分划板安装在分划板台上的状态下光轴附近的XY横截面示图以及投影光学系统简图；

图5是测量分划板安置在分划板台上的状态下-Y一侧端部附近的XY横截面示图以及投影光学系统的简图；

图6A和6B分别是本实施例中形成在测量分划板上的测量图案和基准图案的示图；

图7是用于成象特性的测量和显示(模拟)的主控制器CPU的控制算法流程图；

图8是图7所示子程序126中处理的流程图；

图9A是以预定间隔形成在晶片抗蚀剂层上的测量图案的缩小图象(潜象)示图，图9B是图9A中所示的测量图案的潜象与基准图案的潜象之间的位置关系；

图10是便携式波前象差测量单元的截面图；和

图11A和11B分别表示在光学系统没有象差和有象差的状态下从微透镜阵列出射的光束。

执行本发明的最佳模式

下面参考图1～9B描述本发明的实施例。

图1表示根据本发明实施例的曝光设备10的整体结构。曝光设备10是一个基于重复步进法或所谓的步进器的缩小投影曝光设备，利用脉冲激光光源作为曝光光源(以下称作“光源”)。

曝光设备10包括：一个由光源16和照明光学系统12组成的照明系统；一个用做掩模台的分划板台RST，该掩模台固定作为掩模的分划板R，分划板台RST用照明系统发出的作为能量束的曝光照明光EL照明；一个投影光学系统PL，把从分划板R发出的曝光照明光EL投影到作为基片的晶片W(象平面上)上；一个用做基片台的晶片台WST，其上安置用于固定晶片W的Z向倾斜台58；和一个用于控制上述部件的控制系统。

光源16是一个发出真空紫外波段的脉冲光的脉冲紫外光源，如F₂激光器(波长为157nm)或ArF激光器(波长为193nm)。或者，光源16可以是一个发出远紫外或紫外波段的脉冲光的光源，如KrF准分子激光器(248nm的波长)。

实际上，光源16布置在一个低清洁度的服务室中，该室与布置一个腔体11的清洁室不同。在腔体11中装着一个曝光设备主体，该主体由诸如照明光学系统12的各种元件、分划板台RST、投影光学系统PL和晶片台WST等部件组成，并且光源16经透光光学系统(未示出)连结到腔体11。透光光学系统包括至少一个被称作射束协调单元的光轴调节光学系统作为该系统的一部分。设备的内控制器根据来自主控制器50的控制信息TS控制激光束LB输出的开/关、每个脉冲的激光束LB能量、振荡频率(重复频率)、光谱半带宽(波长范围的宽度)和光源16等。

照明光学系统12包括：一个射束整形均匀照明光学系统20，包括诸如柱状透镜、扩束器(未示出)、光学积分器(均化器)22等部件；一个照明系统孔径光阑板24；一个第一中继透镜28A；一个第二中继透镜28B，一个盲分划板30；一个用于偏转光路的反射镜M；一个会聚透镜32等。作为光学积分器，可以使用蝇眼透镜、棒状积分器(内反射型积分器)或光学衍射元件。在此实施例中，因为蝇眼透镜用做光学积分器22，所以以下它被称作蝇眼透镜22。

射束整形均匀照明光学系统20经设置在腔体11上的光透射窗17连结到透光光学系统(未示出)。其利用柱状透镜和扩束器等部件对从光源16发出并经光透射窗17进入到射束整形均匀照明光学系统20的激光束LB的横截面整形。在射束整形均匀照明光学系统20出射方的蝇眼透镜22形成一个面光源(二次光源)，该面光源由分布在出射方焦平面上的大量点光源组成，以致于基本上与照明光学系统12的光瞳面重合，激光束的横截面被整形，从而以均匀的照明分布对分划板R照明。从二次光源发出的激光束以下称作“照明光EL”。

在蝇眼透镜22出射方的焦平面附近，设置由盘状元件构成的照明系统孔径光阑板24。并且在照明系统孔径光阑板24上，例如以基本上相等的角度布置一个由圆孔构成的孔径光阑(常规的光阑)、由一个小圆孔构成的相关因子σ较小的孔径光阑(小σ光阑)、一个用于形成照明光环的环状孔径光阑(圆环光阑)和一个由同心设置的多个孔组成的用于改进照明的改进的孔径光阑(图1中只示出了两类孔径光阑)。照明系统孔径光阑板24构造并布置成由驱动单元40如电机转动，由主控制器50控制，并且将其中一个孔径光阑选择设置成处于照明光EL的光路上，使得后面描述的科勒照明中照明面的形状不限于圆环、小圆环、大圆环、四个眼等。

取代孔径光阑板24或与之结合，可以在光源16和光学积分器22之间布置一个光学单元，该光学单元至少包括多个光学衍射元件、沿照明光学系统的光轴移动的活动棱镜(圆锥棱镜、多边棱镜等)和变焦光学系统中的至少一个。并且通过改变光学积分器22为蝇眼透镜时入射面上的照明光强度分布，或者是改变当光学积分器22为内表面反射型积分器时照明光在入射面上的入射角分布范围，照明光学系统光瞳面上照明光的光量分布(二次光源的大小和形状)、换言之，由照明分划板R的条件变化所致的光损耗优选得到抑制。另外，在本实施例中，由内表面反射型积分器形成的多个光源图象(虚象)也被称作二次光源。

在从照明系统孔径光阑板24发出的照明光EL的光路上，布置一个由第一中继透镜28A和第二中继透镜28B组成的、盲分划板30设置其间的中继光学系统。盲分划板30设置在一个与分划板R的图案面共轭的平面上，并且形成一个在分划板R上设置矩形照明区IAR的矩形开口。在此情况下，把一个具有可变开口形状的活动挡板用做盲分划板30，并且根据挡板设置信息、也称作掩模信息，由主控制器50设置开口。

在组成中继光学系统的第二中继透镜28B之后的照明光EL的光路上，设置偏转反射镜M，用于把通过第二中继透镜28B的照明光EL反射向分划板R。并且在反射镜M之后的照明光EL光路上，设置会聚透镜32。

在上述结构中，设置蝇眼透镜22的入射面、其上设置盲分划板30的平面与分划板R的图案面设置为光学共轭，而形成在蝇眼透镜22出射方焦平面上的光源面(照明光学系统的光瞳面)与投影光学系统PL的傅立叶变换面(出射光瞳面)也设置为光学共轭，从而形成一个科勒照明系统。

下面简要描述具有上述结构的照明光学系统12的操作。从光源16发出的脉冲激光束LB进入对光束的横截面整形的射束整形均匀照明光学系统20。然后光束进入蝇眼透镜22，并且在蝇眼透镜22的出射方焦平面上形成二次光源。

当从二次光源发出的照明光EL通过照明系统孔径光阑板24上的一个孔径光阑时，它经过第一中继透镜28A穿过盲分划板30的矩形孔径，并再穿过第二中继透镜28B，之后被反射镜M垂直向下偏转。然后，穿过会聚透镜32之后，照明光EL对固定在分划板台RST上的分划板R上的矩形照明区TAR以均匀的照度照明。

在分划板台RST上，分划板R由静电吸盘(或真空吸盘)等安置并固定。分划板台RST的结构使得其可以通过一个驱动系统(未示出)在水平面(XY平面)上精细地驱动(并旋转)。另外，分划板台RST可以在Y轴方向的预定行程范围内(大约分划板R的长度)被移动。分划板台RST的位置由位置探测器、如分划板激光干涉仪以例如0.5～1nm的分辨率测量，并将测量结果提供给主控制器50。

用于分划板R的材料依据于使用的光源。更具体地说，当ArF准分子激光器或KrF准分子激光器用做光源时，可以使用合成石英、氟化物晶体如萤石、掺氟石英等，而当F₂激光器用做光源时，用做分划板R的材料需要是氟化物晶体，如萤石、掺氟石英等。

投影光学系统PL例如是一个双远心缩小系统，投影光学系统PL的投影放大率例如为1/4、1/5或1/6。因此，当分划板R上的照明区IAR用照明光EL以上述方式照明时，形成在分划板R上的图案图象经投影光学系统PL以上述投影放大率缩小，并再被投影和转印到涂覆有抗蚀剂(光敏材料)的晶片W上的矩形区域IA(通常与拍摄区重合)上。

投影光学系统PL是一个由多个折射光学元件(透镜)13如大约10个～20个组成的折光系统，如图2所示。关于组成投影光学系统PL的多个透镜13，物平面一侧(分划板R一侧)的多个透镜13₁、13₂、13₄(为了简单起见，此处有四个透镜装置)是活动透镜，它们可以由成象特性校正控制器48外部驱动。透镜支架(未示出)分别固定透镜13₁、13₂、13₄，而这些透镜支架由驱动装置如压电元件(未示出)在重力方向上的三个点处支撑。并且通过独立调节施加给驱动装置的电压，透镜13₁、13₂、13₄可以在作为投影光学系统PL光轴方向的Z轴方向移动，并在相对于XY平面倾斜的方向(即绕X轴旋转的方向和绕Y轴旋转的方向)上被驱动(倾斜)。另外，一个透镜支架(未示出)固定透镜13₃，并且在该透镜支架的周围，以基本上相等的角度、如90°设置驱动装置，如压电元件。成对设置反向驱动装置，并且调节施加到每对的电压，使得透镜13₃可以在XY平面二维移动。在此实施例中，透镜13₁、13₂、13₃、13₄每个构成一个用于调节的特定光学元件。特定光学元件不限于透镜13₁、13₂、13₃、13₄，可以包括接近投影光学系统PL的光瞳面或象平面设置的透镜，或是用于校正投影光学系统PL象差的象差校正板(光学板)，尤其是非旋转对称组建。另外，特定光学元件的自由度(可移动的方向数)不限于两个或三个，可以是一个或四个以及更多。

另外，接近投影光学系统PL的光瞳面设置一个孔径光阑15，并且孔径光阑15的数值孔径(N.A)可以在一个预定范围内连续变化。作为孔径光阑15，例如使用所谓的膜片孔径光阑，并且主控制器50控制孔径光阑15。

当把ArF准分子激光器或KrF准分子用作照明光EL时，用在投影光学系统PL中的每个透镜元件的材料可以是合成石英，但是，当使用F₂激光器时，所有使用的透镜材料必需是氟化物晶体，如前述的萤石或掺氟石英。

构成的晶片台WST可以在XY二维平面上由晶片台驱动部分56自由驱动。并且晶片W通过晶片支架(未示出)固定在由静电夹盘、真空夹盘等安置于晶片台WST上的Z向倾斜台58上。Z向倾斜台58调节晶片W在Z向的位置(焦点位置)以及晶片W相对于XY平面的倾斜角。另外，通过一个固定在Z向倾斜台58上的活动反射镜52W，用一个外部设置的晶片激光干涉仪54W测量晶片台WST的X和Y位置及旋转(包括偏转、俯仰和摇摆)。晶片激光干涉仪54W的测量值提供给主控制器50。

另外，其上形成有参考标记如用于基线测量用的标记的参考标记板FM固定在Z向倾斜台58上，使得参考标记板FM的表面基本上与晶片W的表面等高。

在本实施例的曝光设备10中，虽然附图中被省去，但在分划板R之上设置有一对分划板校准显微镜，每个显微镜由TTR(贯穿分划板)校准光学系统构成。关于该系统，曝光波长用于通过投影光学系统PL同时观察分划板R上的分划板标记2以及参考标记板上的参考标记。作为这样的分划板校准显微镜，使用具有类似于日本专利申请JP07-176468和对应的美国专利申请US5,646,413中公开的结构的显微镜。只要申请该国际申请的指定国和选定国的国家法律允许，上述公开在此引为参考。

另外在本实施例中，虽然附图中被省去，但晶片W在Z方向的位置用一个由多焦点位置探测系统构成的焦点探测传感器测量，其细节例如在日本专利申请JP06-283403和对应的美国专利US4,448,332中公开。焦点传感器的输出提供给主控制器50，该控制器通过控制Z向倾斜台58来进行所谓的焦点调平。只要申请该国际申请的指定国和选定国的国家法律允许，上述公开在此引为参考。

另外，在投影光学系统PL的侧面上设置一个基于离轴法的校准系统(未示出)。作为这一系统，例如使用基于图象处理法的FIA(场图象校准)系统的显微镜。在此系统中，例如不对晶片上的抗蚀剂曝光的宽带探测光束照射到靶标记上，而由来自靶标记和指示图象的反射光形成在光电探测表面上的靶标记图象由一个拾取装置(如CCD)拾取，并且输出成象信号。并且根据校准系统的输出，可以测得XY二维方向上参考标记板上参考标记的位置和晶片上的校准标记。

在图1所示的控制系统中，主控制器50扮演重要的角色。主控制器50由所谓的包括CPU(中央处理器)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)等组成的工作站(或微机)组成，并且控制整体操作，如晶片台WST在拍摄区之间的移步以及曝光时间，使得适当地进行曝光操作。

另外，在本实施例中，例如由硬盘组成的存储单元42、包括键盘和指示器如鼠标的输入单元45、诸如CRT显示器或液晶显示器的显示单元44以及作为一个信息记录介质如CD-ROM、DVD-ROM、MO或FD的驱动单元46外部连结到主控制器50。在设置于驱动单元46中的信息记录介质(以下为简便起见描述为CD-ROM)中，储存一个转换程序(第一程序)、第二程序、第三程序和与第二程序相关的数据。在此情况下，第一程序是一个用于把利用后面将描述的测量分划板R_T测得的位置偏差转换成泽尔尼克多项式每一项的系数的转换程序，第二程序是一个用于根据获得的泽尔尼克多项式每一项的系数计算成象特性调节量的程序，第三程序是一个用于把获得的泽尔尼克多项式每一项的系数转换成各个成象特性(包括成象特性的指标值)的程序。

接下来对上述数据库进行描述。数据库包含用于计算成象特性的参数数据，在此情况下参数数据是前述活动透镜13₁、13₂、13₃、和13₄的靶驱动量(靶调节量)，使得根据波前象差测量结果的输入来调节成象特性。该数据库由作为模拟结果而获得的以预定顺序分布的成象特性变量的数据组组成。进行的模拟采用一个基本上等于投影光学系统PL的模型，并且获得关于活动透镜13₁、13₂、13₃、和13₄在每个自由度方向(活动方向)上被驱动单位调节量时与投影光学系统PL的场中多个测量点对应的成象特性如何变化的数据，或者更精确地说是获得波前数据，即关于泽尔尼克多项式中的第2项至第37项的系数如何变化的数据。

接下来简要描述数据库的产生过程。首先，把投影光学系统PL的设计值(数值孔径N.A.、相关因子σ、波长、每个透镜的数据等)输入给用于模拟的被安装了特定光学软件的计算机中。然后，在模拟计算机中输入关于投影光学系统PL的场中第一测量点(在此情形中是与测量分划板R_T的任意针孔位置对应的位置，后面描述)的数据。

接下来输入关于活动透镜在每个自由度方向(活动方向)的单位量的数据。下面将描述在输入之前用于输入的必要条件。

更具体地说，对于活动透镜13₁、13₂和13₄，每个活动透镜13绕X轴和Y轴旋转的方向是Y方向倾斜和X方向倾斜的正方向，如图2A和2B的箭头所示，并且单位倾斜量为0.1°。另外，当每个活动透镜13在+Z方向如图2C所示地移动时，+Z方向是Z方向移动的正方向，单位移动量为100μm。

另外，对于活动透镜13₃，当在图2D和2E所示的+X方向移动时，此方向为X方向移动的+(正)方向，而当在+Y方向移动时，此方向是Y方向移动的+(正)方向，并且单位移动量为100μm。

并且例如，当输入在Y向倾斜的正向上倾斜活动透镜13₁单位量的指令时，模拟计算机计算投影光学系统PL的场内第一测量点处的第一波前与提前设置的理想波前的偏差量，例如泽尔尼克多项式每一项(如第2项至第37项)的系数变量。变量数据显示在显示器上，同时也被储存在存储器中作为参数PARA1P1。

接下来，当输入在X向倾斜的正向上倾斜活动透镜13₁单位量的指令时，模拟计算机计算第一测量点处第二波前与理想波前的偏差量；例如是上述泽尔尼克多项式各项的系数变量，变量数据显示在显示器上，同时也被储存在存储器中作为参数PARA2P1。

接下来，当输入在Z向移动的正向上移动活动透镜13₁单位量的指令时，模拟计算机计算第一测量点处第三波前与理想波前的偏差量；例如是上述泽尔尼克多项式各项的系数变量，变量数据显示在显示器上，同时也被储存在存储器中作为参数PARA3P1。

然后，按照与上述相同的程序进行从第二测量点到第n个测量点每个测量点的输入，并且对活动透镜13₁的Y向倾斜、X向倾斜和Z向移位每次输入指令，模拟计算机计算每个测量点的第一、第二和第三波前数据，如上述泽尔尼克多项式各项的系数变量，并在显示器上显示关于每个变量的数据，同时也将这些数据储存到存储器作为PARA1P2、PARA2P2、PARA3P2至PARA1Pn、PARA2Pn、PARA3Pn。

按照与上述相同的程序对其它活动透镜13₂、13₃和13₄执行关于每个测量点的输入，并且输入用于只在每个自由度方向的+方向驱动活动透镜13₂、13₃和13₄单位量的指令。作为响应，模拟计算机计算活动透镜13₂、13₃和13₄只在每个自由度方向上驱动单位量时第一至第n个测量点中每一个的波前数据，如上述泽尔尼克多项式各项的系数变量，并将参数(PARA4P1，PARA5P1，PARA6P1，…PARAmP1)、参数(PARA4P2，PARA5P2，PARA6P2，…PARAmP2)、…至参数(PARA4Pn，PARA5Pn，PARA6Pn，…PARAmPn)储存到存储器中。然后将给出下列表达式(1)的矩阵O的数据储存在CD-ROM中作为上述数据库。矩阵O的数据由列矩阵(矢量)PARA1P1～PARAmPn组成，它们由上述泽尔尼克多项式各项的系数变量组成。在此实施例中，因为有三个可以在三个自由度方向移动的活动透镜以及一个可以在两个自由度方向移动的活动透镜，所以m＝3×3+2×1＝11。

$O=\left[\begin{array}{ccccc}\mathrm{PARA}1P1& \mathrm{PARA}2P1& \·\·\·& \·\·\·& \mathrm{PARAmP}1\\ \mathrm{PARA}1P2& \mathrm{PARA}2P2& \·\·\·& \·\·\·& \mathrm{PARAmP}2\\ \·& \·& & & \·\\ \·& \·& & & \·\\ \·& \·& & & \·\\ \·& \·& & & \·\\ \·& \·& & & \·\\ \·& \·& & & \·\\ \mathrm{PARA}1\mathrm{Pn}& \mathrm{PARA}2\mathrm{Pn}& \·\·\·& \·\·\·& \mathrm{PARAmPn}\end{array}\right]\·\·\·\left(1\right)$

接下来描述测量和显示(模拟)成象特性的方法，使得曝光设备10的操作者可以很容易地理解投影光学系统PL的象差状态。实施例中的模拟要求投影光学系统PL波前象差的实际测量数据，并且当测量波前象差时，使用测量分划板R_T(以下也称作“分划板R_T”)。因此，首先描述测量分划板R_T。

图3表示测量分划板R_T的斜视图。另外，图4表示安置在分划板台RST上的分划板R_T沿光轴AX附近X-Z平面的截面图以及投影光学系统PL的简图。另外，图5表示安置在分划板台RST上的分划板R_T沿-Y一侧端部附近的X-Z平面的横截面示图以及投影光学系统PL的简图。

从图3中显见，测量分划板R_T的形状几乎与带有一个薄膜的普通分划板相同。测量分划板R_T包括一个玻璃基片60，一个具有矩形板状形状并在X轴方向的中心固定在图3中玻璃基片60上表面上的透镜连结件62，一个由形状与普通薄膜框相同的框架元件组成的、固定在图3中玻璃基片底面上的间隔件64和一个固定在间隔件64下表面上的孔径板66。

在透镜连结件62中，以矩阵分布地形成n个圆孔63_i，j(I＝1～p，j＝1～q，p×q＝n)，覆盖包括Y方向两端的整个表面。在圆孔63_i，j之内设置会聚透镜65_i，j，每个透镜由一个光轴处于Z轴方向(参见图4)的凸透镜组成。

另外，在玻璃基片60围绕的空间中间隔预定距离地设置间隔件64、孔径板66、增强件69，如图4所示。

另外，在玻璃基片60的下表面上形成如图4所示的面会聚透镜65_i，j和测量图案67_i，j。另外，在孔径板66中，形成针孔状开口70_i，j，每个面测量图案67_i，j如图4所示。针孔状开口70_i，j的直径例如约为100～150μm。

参见图3，在透镜连结件62中分别在Y轴方向透镜连结件62的两端上带状区域中心形成开口72₁、72₂。如图5所示，在玻璃基片60的底面(图案面)形成一个参考图案74₁与开口72₁相对。另外，虽然图中被省去，但也形成了一个与参考图案74₁相同的参考图案74₂，与玻璃基片60底面(图案面)上的另一开口72₂相对。

另外，如图3所示，在穿过分划板R中心的X轴上，在透镜连结件62之外的玻璃基片60上，关于分划板的中心对称地形成一对分划板校准标记RM1和RM2。

在本实施例中，作为测量图案67_i，j，采用一个网格(行列线)图案，如图6A所示。并且与该图案对应，参考图案74₁和74₂是一种二维格栅图案，具有与图6B中的测量图案67_i，j相同的间距分布的正方形图案。作为参考图案74₁和74₂，可以使用图6A中所示的图案，图6B中所示的图案可以用作测量图案。另外，也可以用其它形状的图案作为测量图案67_i，j，在此情况下，作为对应的参考图案，必需使用一种与测量图案有预定的位置关系的图案。即，参考图案只需是一种图案，是测量图案位置偏差的基准，无论形状如何。但是，要测量投影光学系统PL的成象特性，优选一种覆盖投影光学系统PL的整个象场或整个曝光区的图案。

接下来描述成象特性的测量和显示(模拟)方法，使得曝光设备10的操作者可以容易地理解投影光学系统PL的象差状态，在图7的流程图中，表示了主控制器50中的CPU的控制算法，如果需要，也可以参考其它的附图。

作为一个前提，在驱动单元46中设置包含第一至第三程序以及数据库的CD-ROM，并且从CD-ROM中将第一至第三程序安装到存储单元42中。

操作者通过输入单元45输入开始模拟的指令后启动流程中的过程。

首先，在步骤101，将第三程序装载到主存储器中。然后根据第三程序执行步骤102～122。

首先，在步骤102中，当在显示单元44上显示用于设置条件的屏面时，过程进行到步骤104并等待输入条件。然后操作者通过输入单元45输入关于要模拟的图案主体的信息(例如，在线条-间隔图案的情况下，该信息为间距、线宽和占空比)以及关于靶成象特性的信息(包括成象特性的指标值；靶成象特性以下也称作“靶象差”)，如关于线宽异常值的信息。然后，当给出输入已完成的指令时，过程进行到步骤106，在该过程中设置为步骤104中输入的靶象差建立泽尔尼克变量表的条件，然后进行到步骤108。步骤104中输入的靶象差信息不限于一种。即，同时可以设定投影光学系统PL的各种成象特性作为靶象差。

在步骤108，当在显示单元44上显示输入投影光学系统信息的屏面时，过程进行到步骤110并等待信息输入。操作者经输入单元45输入关于投影光学系统PL的信息之后，尤其是关于数值孔径(N.A)、照明条件(如照明系统孔径光阑或相关因子σ的设置)、波长等的信息后，过程进行到步骤112，在那儿将输入信息储存到RAM中，并当在显示单元44上显示输入关于象差的信息的屏面时，程序进行到步骤114并等待输入信息。

然后操作者分别输入关于给定象差的信息，或更具体地说，当它们是泽尔尼克多项式第二项的系数Z₂至第三十七项的系数Z₃₇时，分别将相同的值如0.05λ输入到泽尔尼克多项式每一项系数值的象差信息的输入屏。

当上述象差输入完成时，过程进行到步骤116，在那儿根据输入的象差信息制作一条曲线(如，关于线宽异常值的泽尔尼克变量表)。例如，图表的垂直轴可以是与0.05λ或其指标值(如线宽异常值，它也是彗差的指标值)对应的靶象差，并且水平轴可以是泽尔尼克多项式每一项的系数。然后过程进行到步骤118，在显示单元44上显示关于确认上述曲线完成的屏面。

在下一步骤120中，操作中止，直到操作者输入确认指示。当操作者通过输入单元45如鼠标输入确认指示后，过程进行到步骤122，将上述步骤116制作的变量表储存到RAM中，并且判断是否对步骤104中输入的所有靶象差制作了泽尔尼克变量表。当步骤122的判断为否定时，过程返回到步骤116制作泽尔尼克变量表并对下一个靶象差制作变量表。在本实施例中，对一个靶象差制作一个变量表，不改变任何条件如投影光学系统PL的数值孔径或照明条件，但例如可以对一个至少在投影光学系统PL的数值孔径或照明条件方面变化的靶象差制作多个变量表。另外，要模拟的图案主体可以是多个，并且可以对每个图案制作靶象差的变量表。

当已对所有的靶象差制作了泽尔尼克变量表并在步骤120输入了确认指令后，步骤122的判断变为肯定，并且过程进行到下一步骤124。

在步骤124，判断标识F是否为“1”。标识F表示是否已经输入了位置偏差(Δξ，Δη)数据。在此情况下，因为还没有输入位置偏差(Δξ，Δη)数据，所以判断为否定，这使得过程进行到测量子程序126，以下述方式利用测量分划板R_T测量投影光学系统PL的场中多个测量点(以下为n)的波前象差。

即，在子程序126中，首先在图8的步骤202中，通过分划板加载器(未示出)将测量分划板R_T装载到分划板台RST上。

在下一步骤204中，在监视激光干涉仪54W的输出的同时，通过晶片台驱动部分56移动晶片台WST，并且在预定的参考位置定位一对形成在参考标记板FM上的分划板校准参考标记。在此情况下设置参考位置，例如使得该对参考标记的中心与激光干涉仪54W设置的台坐标系的原点重合。

在步骤206，同时用分划板校准显微镜观察该对形成在测量分划板R_T上的分划板校准标记RM1和RM2以及对应的分划板校准参考标记，并且通过驱动系统(未示出)在XY二维平面上精细地驱动分划板台RST，使得参考板FM上分划板校准标记RM1和RM2的投影图象与分划板校准参考标记之间的位置偏差最小。通过此操作完成分划板校准，并且使分划板的中心基本上与投影光学系统PL的光轴重合。

在下一步骤208中，通过晶片加载器(未示出)将晶片W装载到Z向倾斜台58上。晶片W的表面被涂覆抗蚀剂(光敏材料)。

在下一步骤210中，设置盲分划板30的孔径大小，使得形成的矩形照明区覆盖包含所有会聚透镜65_i，j的测量分划板R_T的整个表面，除开口72₁、72₂以外，并且照明区在X轴向的长度处于透镜连结件62的X轴向最大宽度之内。另外，同时，照明系统孔径光阑板24通过驱动单元40旋转，为照明光EL的光路设置一个预定的孔径光阑，如较小σ的光阑。通过该操作完成曝光的预备操作。

在下一步骤212中，给予光源16控制信息TS，使得产生激光束LB，并且通过用照明光EL照射分划板R_T进行曝光。通过该操作，经针孔状开口70_i，j和投影光学系统PL同时转印测量图案67_i，j，如图4所示。结果，在晶片W的抗蚀剂层上以预定的间隔二维形成如图9A所示的测量图案67_i，j的缩小图象67’_i，j(潜象)。

在下一步骤214中，将参考图案依次覆盖并转印到已经通过重复步进法形成在晶片W上的测量图案的图象。下面是该顺序a～g的详情：

a.首先，根据分划板激光干涉仪(未示出)的测量值以及分划板的中心与参考图案74₁之间设计的位置关系，通过驱动系统(未示出)在Y轴方向驱动分划板台RST预定的距离，使得参考图案74₁的中心与光轴AX重合。

b.接下来，当上述移动完成时，通过驱动系统(未示出)设置盲分划板30的孔径，使得照明光EL的照明区限于包括开口72₁(但不包括任何会聚透镜)的透镜固定件62上具有预定大小的矩形区。

c.接下来，移动晶片台WST，使得晶片W上形成第一测量图案67_1，1的潜象67’_1，1的区域中心基本上位于光轴AX上，同时监视激光干涉仪54W的测量值。

d.然后，主控制器50对用于产生激光束LB的光源16给予控制信息TS，并且通过对分划板R_T上辐射照明光EL进行曝光。通过该操作，把参考图案74₁覆盖并转印到晶片W抗蚀剂层上已形成测量图案67_1，1的潜象的区域(称作区域S_1，1)上。结果，第一测量图案67_1，1的潜象67’_1，1和参考图案74₁的潜象74’₁的潜象以图9B所示的位置关系形成在区域S_1，1。

e.接下来，根据分划板R_T上测量图案67_i，j的分布间距以及投影光学系统PL的投影放大率计算测量图案67_i，j的设定的分布间距p。然后，在X轴方向移动晶片台WST间距p，使得形成第二测量图案67_1，2的潜象的区域S_1，2的中心基本上与光轴AX重合。

f.然后，给予光源16控制信息TS，使得发出激光束LB并通过对分划板R_T辐射照明光EL而进行曝光。通过这种操作，把参考图案74₁覆盖并转印到晶片W的区域S_1，2上。

g.之后，按照上述方式重复区域之间的步进操作和曝光操作，并且在晶片W的区域S_i，j上形成测量图案和参考图案的潜象，如图9B所示。

当以此方式完成曝光时，过程进行到步骤216，通过晶片加载器(未示出)从Z向倾斜台58上卸载晶片W并将其转移到涂布器-显影器(未示出，以下简称“C/D”)，该“C/D”串联连结到腔体11。然后过程进行到步骤218，输入位置偏差(Δξ，Δη)数据，后面有叙。

然后，在C/D中，对晶片W显影，并按照图9B所示的布局在晶片W上分布成矩阵的每个区域S_i，j中形成测量图案和参考图案的抗蚀剂图象。

然后，从C/D中去除已经被显影的晶片W，并通过外重叠测量单元(对准测量单元)测量每个区域S_i，j中的重叠误差。然后根据该结果计算测量图案67_i，j的抗蚀剂图象关于参考图案74₁的对应图象的位置误差(位置偏差)。

可以考虑各种计算位置偏差的方法，但是从提高精确度的观点出发，优选根据测得的原始数据进行统计计算。

通过这种方式获得关于区域S_i，j的测量图案与各个参考图案的XY二维位置偏差(Δξ，Δη)。然后由操作者通过输入单元45输入关于区域S_i，j的位置偏差(Δξ，Δη)的数据。并且当步骤218的判断为肯定时，过程返回到图7所示主程序的步骤128。

顺便说一下，关于区域S_i，j的位置偏差(Δξ，Δη)的数据可以与外部重叠测量联机输入。并且在此情况下，也可以响应于该输入，过程返回到主程序的步骤128。

在主程序的步骤128，将第一程序装载到主存储器，然后过程再进行到步骤130，在那儿根据下述原理，按照第一程序计算与每个区域S_i，j、换言之，与投影光学系统PL的场中第一至第n个测量点对应的波前(波前象差)，在此情况下是泽尔尼克多项式中每一项的系数，如第2项的系数Z₂～第37项的系数Z₃₇。当主存储器具有足够的空区域时，可以在主存储器中储存提前装载的第三程序，但是在主存储器没有足够的空区域时，第三程序暂时从主存储器卸载到存储单元42的原始区域，然后再将第一程序装载到主存储器中。

在本实施例中，根据上述的位置偏差(Δξ，Δη)，通过按照第一程序计算获得投影光学系统PL的波前。描述此过程之前，作为一个前提，先参见图4和图5描述位置偏差(Δξ，Δη)和波前之间的物理关系。

如测量图案67_i，j产生的衍射光在图4中的测量图案67_k，l所示，穿过针孔状开口70_i，j的光在不同位置穿过投影光学系统PL的光瞳面，具体位置依据测量图案67_k，l中光出射的地方。即，光瞳面上每个位置处的波前与光波前通过测量图案67_k，l中对应位置处的位置对应。并且当在投影光学系统PL中根本没有象差时，假设投影光学系统PL光瞳面上的此波前为理想波前(在此情况下是一个平面)，如标记F₁所示。但是，因为没有这样一个没有象差的投影光学系统，所以光瞳面处的波前变成一个曲面，如图中虚线表示的波前F₂。因此，按照曲面F₂关于理想波前的角度，在晶片W上的偏差位置处形成测量图案67_i，j的图象。

同时，如图5所示，被参考图案74₁(或74₂)衍射的光直接进入投影光学系统PL，不受针孔状孔径的制约，并通过投影光学系统PL在晶片W上成象。但是，因为在参考图案74₁的中心位于投影光学系统PL光轴的状态下进行参考图案74₁的曝光，所以由参考图案74₁产生的成象光束基本上没有投影光学系统PL所致的象差，使得在包括光轴的极小区域中没有位置偏差地形成图象。

因此，位置偏差(Δξ，Δη)直接反映波前到理想波前的梯度，并且可以根据此位置偏差(Δξ，Δη)再现波前。从位置偏差(Δξ，Δη)和波前之间的上述物理关系显见，本实施例用于计算波前的原理是已知的Shack-Hartmann波前计算原理。

接下来对根据上述位置偏差计算波前的方法进行描述。

如上所述，位置偏差(Δξ，Δη)对应于波前的梯度值，并且通过对位置偏差积分，获得波前的形状(或者更精确地说是与参考平面(理想平面)的偏差)。当把波前(与参考平面的偏差)表示为W(XY)，比例系数表示为k时，存在下列关系方程(2)和(3)：

$\mathrm{\Δ\ξ}=k\frac{\∂W}{\∂x}\·\·\·\left(2\right)$

$\mathrm{\Δ\η}=k\frac{\∂W}{\∂y}\·\·\·\left(3\right)$

因为不容易对只作为位置偏差给出的波前梯度求积分，所以级数扩展表面形状来拟合波前。在此情况下，对该级数选择一个正交系。泽尔尼克多项式是一个适于关于一个轴对称地扩展一个面的级数，其在圆周方向的组份是一个三角级数。即，当波前W用极坐标系(ρ，θ)表示时，泽尔尼克多项式表示成R_n ^m(ρ)，并且扩展为方程(4)：

$W(\mathrm{\ρ},\mathrm{\θ})=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{A}_n^0{R}_n^0\left(\mathrm{\ρ}\right)+\underset{n}{\mathrm{\Σ}}\underset{m}{\mathrm{\Σ}}(A_n^m\cos \mathrm{m\θ}+B_n^m\sin \mathrm{m\θ})R_n^m\left(\mathrm{\ρ}\right)\·\·\·\left(4\right)$

因为已知泽尔尼克极坐标多项式R_n ^m(ρ)，所以省去对其的描述。因为每一项是正交的，所以每一项的系数A_n ^m、B_n ^m可以独立地确定。只利用有限的项提供一种滤波。

因为实际上探测微分作为上述位置偏差，所以需要对微分系数进行拟合。在极坐标系(x＝ρcosθ，y＝ρsinθ)中，偏微分由方程(5)和(6)表示：

$\frac{\∂W}{\∂x}=\frac{\∂W}{\∂\mathrm{\ρ}}\cos \mathrm{\θ}-\frac{1}{\mathrm{\ρ}}\frac{\∂W}{\∂\mathrm{\θ}}\sin \mathrm{\θ}\·\·\·\left(5\right)$

$\frac{\∂W}{\∂y}=\frac{\∂W}{\∂\mathrm{\ρ}}\sin \mathrm{\θ}+\frac{1}{\mathrm{\ρ}}\frac{\∂W}{\∂\mathrm{\θ}}\cos \mathrm{\θ}\·\·\·\left(6\right)$

因为泽尔尼克多项式的微分不正交，所以需要用最小二乘法进行拟合。因为对每个测量图案给出了X和Y方向的信息(位置偏差量)，所以当测量图案数表示为n时(例如n约为81～400)，从上述方程(2)～(6)导出的观察方程数为2n(约为162～800)。

泽尔尼克多项式的每一项对应于一项光学象差。另外，低阶项基本上对应于塞德尔象差。因此，通过利用泽尔尼克多项式，可以获得投影光学系统PL的波前象差。

顺便说一下，在美国专利US5,978,085中公开了一项涉及计算波前象差的技术的发明。在此份公开中，使用了一种具有与测量分划板R_T相同结构的掩模，并且通过单独设置的针孔和投影光学系统将形成在掩模上的多个测量图案依次曝光在基片上，而掩模上的参考图案通过投影光学系统无需穿过会聚透镜和针孔而曝光在基片上。然后，测量多个测量图案的抗蚀剂图象与参考图案的各个抗蚀剂图象的位置偏差，并通过预定的计算算出波前象差。

第一程序的计算程序按照上述原理确定，并且通过执行第一程序，可以获得投影光学系统PL的场中第1至第n个测量点处的波前(波前象差)，或是在此情况下的泽尔尼克多项式中每一项的系数，如第二项的系数Z₂至第三十七项的系数Z₃₇。

获得波前数据(泽尔尼克多项式中每一项的系数，如第二项的系数Z₂至第三十七项的系数Z₃₇)之后，过程进行到步骤132，在该步骤中将标识F设为1，并把波前数据储存到RAM的暂存区。

在步骤134中，将第三程序重新装载到主存储器中。在此情况下，事实上，在第一程序被卸载到存储单元42的原始区中之后装载第三程序。

在下一步骤136，根据第三程序，通过下列方程(7)，利用早先建立的泽尔尼克变量表对每个测量点计算步骤104中输入的一个靶象差：

A＝K×{Z₂×(表的值)+Z₃×(表的值)+…

+Z₃₇×(表的值)}           …(7)

在此情况下，A为投影光学系统PL中的靶象差，如象散或场曲率，或靶象差的指标值，如线宽异常值，它是彗差的指标值。

K是比例常数，根据抗蚀剂等的敏感度设定。

下一步骤138中，在显示单元44上显示靶象差或按上述方式对每个测量点算出的指标值。并且通过显示，操作者可以很容易地知道投影光学系统PL的象差问题。

在下一步骤140中，判断是否已经算出所有的靶象差(已经设置了条件的象差(成象特性))。如果判断为否定，则过程返回到步骤136，计算并显示下一个靶象差。

当以上述方式算出了所有的靶象差时，过程进行到步骤142，在那儿于显示单元44上显示证明模拟是否继续的一个屏面，然后过程进行到步骤144并停在那儿，直到过了预定的时间。

预定时间过后，进行步骤146，在那儿判断是否已经输入了继续模拟的指令。当继续模拟时，应该在预定的时间内给予继续的指令，因此，如果在步骤146的回答是否定的，则根据模拟不必继续的决定结束此程序的过程。

而当在预定的时间内已经输入了继续模拟的指令时，过程返回到步骤102，之后，根据模拟中规定的下一条件重复执行该过程并进行判断。但是，在此情况下，因为设置了标识F，所以在步骤124的判断是肯定的，因此过程从步骤124进行到步骤136。

即，当测量投影光学系统PL的波前象差时，不用再测量波前象差就可继续模拟。

如上所述，在本实施例中操作者只需按照屏面经输入单元45依次输入必需的项目，并输入指令以测量波前象差，或者另外还输入每个区域S_i，j中由覆盖测量单元测得的位置偏差(Δξ，Δη)的数据。通过该操作，因为对投影光学系统PL的测量图案特定的靶象差(包括低阶和高阶成分的彗差、象散和球差)被自动且精确地算出并显示在显示单元44上，所以可以很容易且精确地识别象差。另外，甚至当靶象差为多个时，可以通过只测量一次投影光学系统PL的波前象差就可以精确地知道该象差。在此情况下，虽然有各种形式显示靶象差，但优选以任何人都易于理解的数字表示结果的形式。在此情况下，不要求分析泽尔尼克多项式各项的系数。

而且从图7的流程图中显见，可以很容易地对本实施例的曝光设备设置与主体图案对应的最佳曝光条件。即，当重复步骤102即以上的步骤时，通过在步骤102对条件设置屏输入相同的主体图案和相同的靶象差(可以是多种类型的象差)，并通过在步骤108对输入屏依次输入不同的照明条件、数值孔径、波长等涉及投影光学系统PL的信息，可以很容易地设置最佳曝光条件。因此在步骤138中定义步骤138中所示的靶象差值最小的条件。无需赘述，可以改进软件，使得主控制器50根据该定义自动地定义和设置最佳曝光条件。这是因为例如可以通过选择照明系统孔径光阑板24的不同孔径光阑而分别改变照明条件，所以可以通过调节投影光学系统PL的图1所示孔径光阑15而将投影光学系统PL的数值孔径自由地设置在特定的范围内，并且可以通过给予光源16这样的控制信息TS来改变照明光EL的波长。

不用说，当操作者建立一个处理程序文件(设置曝光条件的数据文件)时可以使用关于定义的曝光条件的信息。

接下来将描述调节投影光学系统PL的成象特性的方法，其中该方法由半导体制造工厂的曝光设备制造者等的技术服务人员执行。

作为一个前提，在驱动单元46中设置包含第一至第三程序以及以上述方式建立的数据库的CD-ROM，并且将第一至第三程序以及与第二程序有关的数据库安装到存储单元42中。

当由技术服务人员等输入测量波前象差的指令时，主控制器50(CPU)将测量分划板R_T的图案转印到晶片W上，用于按照与前述相同的程序(参见图8)测量投影光学系统PL的场中多个测量点(此处为n个)处的波前象差。然后在C/D中对晶片W显影，并当晶片W已经被显影后，按照与图9B所示相同的布局，在晶片W上以矩阵分布的每个区域S_i，j中形成测量图案和参考图案的抗蚀剂图象。

之后，从C/D中取出已经被显影的晶片W，并且利用外部覆盖测量单元(对准测量单元)测量区域S_i，j中的覆盖误差。并且根据该结果计算测量图案67_i，j的抗蚀剂图象与参考图案74₁的对应图象之间的位置误差(位置偏差)。

然后，由技术服务人员通过输入单元45将区域S_i，j的位置偏差(Δξ，Δη)数据输入到主控制器50中。顺便说一下，区域S_i，j的位置偏差(Δξ，Δη)数据可以与外部覆盖测量单元联机地输入到主控制器50。

在任何情况下，响应于上述输入，主控制器50的CPU把第一程序装载到主存储器中，并且根据位置偏差(Δξ，Δη)，按照第一程序计算区域S_i，j中与投影光学系统PL的场内第1至第n个测量点对应的波前(波前象差)，在此情况下是泽尔尼克多项式的每一项的系数，如泽尔尼克多项式的第2项系数Z₂至第37项的系数Z₃₇。

在下面的描述中，投影光学系统PL的场内第1至第n个测量点的波前(波前象差)数据表示为方程(8)中的一个列矩阵Q：

$Q=\left[\begin{array}{c}{P}_1\\ P_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ \·\\ \·\\ \·\\ P_n\end{array}\right]\·\·\·\left(8\right)$

在方程(8)中，矩阵Q的元素P₁～Pn是每个列矩阵元(矢量)，由泽尔尼克多项式的第2项系数Z₂至第37项的系数Z₃₇组成。

当按照上述方式计算矩阵Q时，主控制器50将该值储存到RAM的暂存区中。

接下来，主控制器50中的CPU将第二程序从存储单元42装载到贮存主存储器中，并且根据第二程序计算前述的活动透镜13₁～13₄在每个自由度方向上的调节量。

在第1至第n个测量点的波前(波前象差)数据Q、储存在CD-ROM中作为数据库的矩阵O以及活动透镜13₁～13₄在每个自由度方向上的调节矢量P之间存在下列关系式(9)：

Q＝O×P              …(9)

在方程(9)中，P是一个有m个元素的列矩阵(矢量)，如方程(10)所示：

$P=\left[\begin{array}{c}\mathrm{ADJ}1\\ \mathrm{ADJ}2\\ \·\\ \·\\ \·\\ \·\\ \·\\ \·\\ \mathrm{ADJm}\end{array}\right]\·\·\·\left(10\right)$

因此，从上述方程(9)中知道，通过利用最小二乘法计算下列方程(11)，可以获得P的每个元素ADJ1～ADJm，或者说是活动透镜13₁～13₄在每个自由度方向上的调节量(靶调节量)：

P＝(O^T×O)^-1×O^T×Q                (11)

在方程(11)中，O^T是矩阵O的变换矩阵，(O^T×O)^-1是(O^T×O)的逆矩阵。

即，第二程序是一个利用数据库通过上述方程(11)执行最小二乘法计算的程序。因此，CPU在依次从CD-ROM中将数据库读入到RAM中的同时，根据第二程序计算调节量ADJ1～ADJm，并且再在显示单元44的屏面上表示调节量，并将该值储存到存储单元42中。

接下来，主控制器50根据储存在存储单元42中的关于活动透镜13₁～13₄在每个自由度方向上的驱动量的调节量ADJ1～ADJm对成象特性校准控制器48给予指令值。利用这种操作，成象特性校准控制器48控制对在每个自由度方向上驱动活动透镜13₁～13₄的每个驱动装置施加的电压，并且基本上同时至少调节活动透镜13₁～13₄的位置和姿势之一，校正投影光学系统PL的成象特性，如畸变、场曲率、彗差、球差和象散。至于彗差、球差和象散，不仅可以校正低阶象差，还可以校正高阶象差。

如上所述，在本实施例中，当调节投影光学系统P1的成象特性时，技术服务人员只需通过输入单元45输入波前象差的测量指令，或者另外输入由覆盖测量单元测得的区域S_i，j的位置偏差(Δξ，Δη)。通过此操作，几乎可以自动地高精确度地调节投影光学系统PL的成象特性。

替换上述方程(11)，下列方程(12)可以用作第二程序，该方程是一个用于执行最小二乘法计算的计算程序：

P＝(O^T×G×O)^-1×O^T×G×Q           …(12)

在方程(12)中，G是一个如下列方程的有n行和n列的对角矩阵，方程(13)为：

$G=\left[\begin{array}{cccccc}{A}_{\mathrm{1,1}}& & & & & \\ & A_{\mathrm{2,2}}& & 0& & \\ & & \·& & & \\ & & & \·& & \\ & 0& & & \·& \\ & & & & & A_{n,m}\end{array}\right]\·\·\·\left(13\right)$

另外，矩阵G的每个元素A_i，i(i＝1～n)是一个以权重参数δ为元素的对角矩阵。在此情况下，A_i，i是一个有36行和36列的如方程(14)所表示的对角矩阵：

$A_{i,i}=\left[\begin{array}{cccccc}{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{1,1}}& & & & & \\ & {\mathrm{\δ}}_{\mathrm{2,2}}& & 0& & \\ & & \·& & & \\ & & & \·& & \\ & 0& & & \·& \\ & & & & & {\mathrm{\δ}}_{36,36}\end{array}\right]\·\·\·\left(14\right)$

因此，对角矩阵A_i，i的每个元素δ_j，j(j＝1～36)代表与在每个测量点测得的泽尔尼克多项式中第二项至第三十七项的系数Z₂～Z₃₇对应的权重参数。因此，例如当要特别校正从一个或多个测量点的测量结果获得的低阶畸变时，只需使在相应测量点处的权重参数值如δ_1，1和δ_2，2比其余的权重参数大即可。另外，例如当要特别校正从一个或多个测量点的测量结果获得的包括高阶分量的球差(0θ分量)时，只需使在相应测量点处的权重参数值δ_8，8、δ_15，15、δ_24，24、δ_35，35、δ_36，36的平均值大于其余权重参数的平均值即可。

在此情况下，优选设置与第二程序一起工作的另一程序，并且用于规定测量点和输入泽尔尼克多项式每一项的权重的屏面将通过该程序依次显示。通过该配置，技术服务人员可以很容易地利用输入单元45，通过在显示用于规定测量点的屏面时输入测量点、并通过在显示用于输入权重的屏面时输入与要特别校正的大于其它项的象差对应的泽尔尼克多项式每一项的权重来设置上述权重参数。尤其是在用于输入权重的输入屏上，优选上述多种类型的输入，更具体地说，而不是能够输入每一项的权重，优选输入被分成四组的权重如0θ、1θ、3θ和4θ。在后一情况下，可以由每个θ组输入一个理想的设置值。0θ通常指泽尔尼克多项式不包含sin或cos的项(在此情况下不包括第一项和第四项)的系数(Z₉、Z₁₆、Z₂₅、Z₃₆和Z₃₇)；1θ通常指带有sinθ或cosθ的项(在此情况下不包括第二项和第三项)的系数(Z₇、Z₈、Z₁₄、Z₁₅、Z₂₃、Z₂₄、Z₃₄和Z₃₅)；2θ通常指带有sin2θ或cos2θ的项的系数(Z₅、Z₆、Z₁₂、Z₁₃、Z₂₁、Z₂₂、Z₃₂和Z₃₃)；3θ通常指带有sin3θ或cos3θ的项的系数(Z₁₉、Z₂₀、Z₃₀和Z₃₁)；4θ通常指带有sin4θ或cos4θ的项的系数(Z₂₈和Z₂₉)。

在本实施例中，如前所述，主控制器50执行第三程序和第一程序，使得当操作者等按照屏面上的显示通过输入单元45依次输入必需的结果并输入指令以测量波前象差时，或者输入由覆盖测量单元测得的区域S_i，j的位置偏差数据时，几乎可以自动地知道所要得知的投影光学系统PL的成象特性(象差)。因此，在按照前述方式通过使用该配置调节投影光学系统PL的成象特性之后，技术服务人员等进行前述模拟，使得可以在显示屏上确认是否按计划调节了成象特性的状态。当没有按计划进行调节时，通过输入多个成象特性作为与靶成象特性有关的信息时，可以知道没有按计划调节成象特性，因此，可以没有耽搁地进行必需的措施。

在此实施例中，除维护操作外，操作者等还可以发出指令以调节投影光学系统PL的成象特性，甚至在正常操作期间也可以。操作者等给出如前所述的预定指令(包括输入条件设置和关于投影光学系统的信息输入)后，按照与上述相同的方式由主控制器50的CPU执行与上述模拟类似的过程，建立一个类似的泽尔尼克变量表。然后，当测量波前象差并输入位置偏差数据时，主控制器50的CPU按照上述方式依次计算靶成象特性。在此情况下，代替在显示单元44上显示与靶成象特性有关的信息，或者与显示一起，按照与前述相同的方式，利用最小二乘法根据第二程序CPU可以计算活动透镜13₁～13₄在每个自由度方向的驱动量，使得靶象差最佳(如，为零或最小)。这可以通过软件的简单改型实现。

然后，主控制器50中的CPU给成象特性校正控制器48提供算出的驱动量值的指令。通过此操作，成象特性校正控制器48控制施加给在每个自由度方向驱动活动透镜13₁～13₄的每个驱动装置的电压，并且至少调节活动透镜13₁～13₄的位置或姿势其中一项，校正投影光学系统PL的成象特性，如畸变、场曲率、彗差、球差和象散。至于彗差、球差和象散不仅可以校正低阶象差，也可以校正高阶象差。

对于本实施例的曝光设备10，制造半导体器件时，把用于制造器件的分划板R装载到分划板台RST上作为分划板，并再执行预备操作，如分划板校准、所谓的基线测量和晶片校准如EGA(增强的全方位校准)。

例如在日本专利申请JP04-324923和对应的美国专利US5,243,195中公开了上述预备操作的细节，如分划板校准和基线测量。另外，在日本专利申请JP61-44429和对应的美国专利US4,780,617中公开了关于EGA的详情。只要申请该国际申请的指定国和选定国的国家法律允许，上述公开在此引为参考。

预备操作完成后，根据重复步进法进行曝光，与波前象差的测量类似。但是，在此情况下，根据晶片校准的结果以及在拍摄区之间作为一个单位的的步进来进行步进操作。顺便说一下，因为曝光期间的操作与普通步进器没有任何不同，所以省去详细的描述。

接下来，描述制造曝光设备10的方法。

制造曝光设备10时，首先将包括光学元件如多个透镜和反射镜的照明光学系统12、投影光学系统PL、分划板台系统和由多个机械元件组成的晶片台系统组装成各个单元，同时对每个单元进行调节，如光学调节、机械调节和电学调节，使得确保每个单元中理想的性能。

接下来，把照明光学系统12和投影光学系统PL以及分划板台系统和晶片台系统组装到曝光设备主体中，再连结管线。

然后，对照明光学系统12和投影光学系统PL进行光学调节。这是因为这些光学系统、尤其是投影光学系统PL的成象特性在系统组装到曝光设备主体中之后会有轻微的变化。在本实施例中，第一、第二和第三程序以及前述的数据库也可以用在投影光学系统PL的光学调节中，在投影光学系统PL安装到曝光设备主体中之后执行这些程序。

作为光学调节投影光学系统PL的第一方法，执行调节操作的工人利用前述测量分划板R_T按照前述方式测量投影光学系统PL的波前象差。然后，通过对主控制器50输入测量结果，主控制器50根据第一和第二程序执行处理，使得尽可能精确地调节投影光学系统PL的成象特性。

然后，处于确认调节结果的目的，利用前述的测量分划板R_T按照前述方式和程序重新测量投影光学系统PL的波前象差。然后，通过对主控制器50输入波前象差的测量结果，主控制器50根据第一和第三程序执行处理，并且在显示屏上显示调节之后的象散、场曲率和/或与投影光学系统PL的彗差对应的线宽异常值。在此阶段已经校正过的象差、主要是高阶象差，可以确定为难以自动调节的象差，因此，如果需要的话，可以重新调节透镜等的配置。

作为光学调节投影光学系统PL的第二方法，当在制造阶段进行调节的工人输入如前所述的调节指令(包括输入条件设置和输入与投影光学系统有关的信息)等时，主控制器50中的CPU根据第三程序执行处理并建立类似的泽尔尼克变量表。然后，利用前述的测量分划板R_T按照前述程序测量投影光学系统PL的波前象差。并且通过给主控制器50输入波前象差的测量结果，主控制器50中的CPU根据前述的第一和第三程序进行处理并依次算出靶象差。然后，将关于活动透镜13₁～13₄在每个自由度方向的驱动量的指令值给予成象特性校正控制器48，使这些靶象差最佳化(零或最小)。通过该操作，成象特性校正控制器48以尽可能高的精度调节投影光学系统PL的靶成象特性，如畸变、场曲率、彗差、球差和象散。

然后，出于确认调节结果的目的，再执行前述的模拟并在显示屏上显示象散、场曲率、与投影光学系统PL的彗差等对应的线宽异常值等。在此时还没有被校正的象差主要是高阶象差，可以判定为难以自动校正的象差，因此如果需要的话可以重新调节透镜组件。

当甚至在已经进行了重新调节后还不能达到理想的性能时，可能必需重新处理或更换透镜。为了简化投影光学系统PL的光学元件的重新处理，可以利用专门用于波前测量的波前测量装置等测量在把投影光学系统PL组装到曝光设备主体中之前测量前述的波前象差，并且根据测量结果辨认是否有需要重新处理的光学元件及其位置。然后，可以并行执行认定的光学元件的重新处理以及其它光学元件的重新调节。

另外，可以更换投影光学系统每个单元的光学元件，或者当投影光学系统有多个镜筒时，可以更换每个镜筒。另外，当重新处理光学装置时，如果需要，可以将表面处理成非球面。另外，当调节投影光学系统PL时，可以简单地改变其位置(包括其它光学元件之间的间隔)或倾斜度，或者尤其当光学元件是一个透镜元件时，可以改变其偏心度或可以绕光轴AX旋转。

然后，进一步进行总体调节(如电学调节和操作核校)。通过这些操作，可以制得本实施例的曝光设备10，即，该设备可以利用光学特性已得到高精度调节的投影光学系统PL以良好的精度把分划板R的图案转印到晶片W上。最好在一个清洁室中建造该曝光设备，清洁室的温度和洁净度都受到控制。

从到目前为止的描述中显见，在本实施例中，主控制器50构成一个计算单元；第一计算单元和第二计算单元以及主控制器50和成象特性校正控制器48构成一个成象特性调节单元。另外，测量分划板R_T、外覆盖测量单元和主控制器50组成一个用于测量投影光学系统PL的波前象差的测量单元。

如前所述，根据本实施例的曝光设备，当测量单元(如R_T和50)根据操作者的指令测量投影光学系统PL的波前象差时，根据已经测得的投影光学系统PL的波前象差以及与主体图案曝光时给出的象差信息对应的靶成象特性的泽尔尼克变量表，主控制器50算出投影光学系统PL的靶成象特性。通过以上述方式利用泽尔尼克变量表，只用测量一次波前象差就可算出靶成象特性。在此情况下，测量中对于球差、象散和彗差，不仅可以计算低阶象差，还可以算出包含高阶象差的总象差。

另外，因为根据靶象差(成象特性)的计算结果，通过成象特性调节单元(48和50)尽可能地校正靶成象特性，所以投影光学系统PL的成象特性因此按照主体图案得到调节。

另外，根据本实施例的曝光设备10，提前获得表示用于调节的特定光学元件(活动透镜13₁～13₄)的调节与投影光学系统PL的成象特性的变化之间关系的参数，并且该参数作为数据库储存在存储单元42中。并且根据技术服务人员等调节时发出的指令，实际测量投影光学系统PL的波前象差，并再当经输入单元45输入测量数据(实际测量数据)时，主控制器50利用经输入单元45输入的波前象差的实际测量数据以及参数和活动透镜13₁～13₄之间的关系表达式(方程(11)或方程(12))计算活动透镜13₁～13₄的靶调节量。因为提前获得上述参数并将其储存在存储单元42中，所以当实际测得波前象差时，可以通过经输入单元45简单地输入波前象差的实际测量值而很容易地算出用于校正波前象差的活动透镜13₁～13₄的靶调节量。在此情况下，不需要难以获得的数据，如透镜的设计数据，并且不需要困难的光束轨迹计算。

然后，从主控制器50给成象特性校正控制器48发出作为指令值的靶调节量，并且成象特性校正控制器48根据靶调节量调节活动透镜13₁～13₄，对投影光学系统PL的成象特性进行简单但高精度的调节。

另外，根据本实施例的曝光设备10，当进行曝光时，因为通过成象特性已以上述方式按照主体图案得到调节的、或者成象特性已根据波前象差的测量结果得到高精度调节的投影光学系统PL把分划板R的图案转印到晶片W上，所以可以以良好的覆盖精确度把精细的图案转印到晶片W上。

在上述实施例中，描述了这样的情况，即，在模拟时，经输入单元45如键盘把各类信息输入给主控制器50，其中这些信息包括关于主体图案的信息，关于靶成象特性的信息，关于投影光学系统的信息和关于将要给出的象差的信息，并且根据这些信息，主控制器50制作一个与主控制器50对主体图案曝光时给出的与象差信息对应的靶成象特性的泽尔尼克变量表。但是，本发明不限于此，即，可以把第三程序安装到一个用于模拟的除主控制器50以外的不同计算机中，并且可以对诸如主体图案的信息和关于投影光学系统的信息做各种假设。根据这些假设，在依次改变条件设置以及关于靶象差的信息、关于投影光学系统的信息和关于将要给出的象差的信息的同时，可以重复进行输入操作以提前制作与输入信息对应的各类泽尔尼克变量表，并且可以由这些变量表制作一个数据库，该数据库可以与第一和第二程序一起储存在CD-ROM中。

当提前制作由上述各类泽尔尼克变量表组成的数据库时，预备一个程序(为方便起见，以下称作“第四程序”)，该程序是第三程序的一个简化程序，使主控制器50中的CPU响应于波前象差测量结果的输入和设置条件，利用对应的泽尔尼克变量表进行前述计算，并使CPU立即计算和显示靶象差。第四程序被储存在上述CD-ROM中。

然后在模拟时，将CD-ROM中的第一和第四程序安装到存储单元42中，并且同时将泽尔尼克变量表组成的数据库复制到存储单元42中。或者可以只将CD-ROM中的第一和第四程序安装到存储单元42中而将CD-ROM留在驱动单元46中。在后一种情况下模拟时，需要时，主控制器50从CD-ROM中读出泽尔尼克变量表的数据库。在此情况下，设置在驱动单元46中的CD-ROM组成该驱动单元。这可以通过改进软件来实现。

在上述实施例中描述了这样的情形，即作为投影光学系统的成象特性，测量了一个波前象差，该象差是一个总象差，并且根据测量结果算出了用于校正波前象差的活动透镜(用于调节的特定光学元件)的靶调节量。但本发明不限于此。例如，受到调节的投影光学系统的成象特性可以是单个的成象特性，如彗差或畸变。在此情况下，例如通过模拟获得用于调节的特定光学元件在每个自由度方向的单位调节量与各个成象特性如彗差或畸变的变化量之间的关系，并且根据此结果，获得表示特定光学元件的调节与投影光学系统成象特性的变化之间的关系的参数，然后再利用该参数制作一个数据库。然后，当通过例如利用曝光法或空间图象测量法获得投影光学系统的彗差(或线宽异常值)、畸变等并对主控制器输入该测量值来实际调节投影光学系统的成象特性时，可以利用已经获得的成象特性、参数和特定光学元件的靶调节量之间的关系方程(这种关系表达式提前预备)，通过与上述实施例类似的计算来决定特定光学元件的靶调节量。

另外，在上述实施例中，已经描述了利用测量分划板测量投影光学系统PL的波前象差的情形。但本发明不限于此，可以利用可连结到晶片台WST的便携式波前象差测量单元对主体进行波前象差的测量。作为这样一个波前象差测量单元，可以使用一种基于Shack-Hartmann法的波前象差测量单元80，该装置在其光电探测光学系统中使用一个微透镜阵列，如图10所示。

下面将简要描述波前象差测量单80的结构。如图10所示，波前象差测量单元80包括一个其内部空间有一个在YZ平面中为L形的横截面，一个光电探测光学系统84，该系统由多个以预定的位置关系分布在外壳82中的光学元件组成，还有一个设置在外壳82内+Y侧的光电探测部分86。

外壳82由一个其在YZ平面中的横截面为字母L形的元件制成，在其中形成有一个空间，并且在其最顶部(+Z方向的端部)形成一个平视时为圆形的开口82a，使得外壳82以上的光将被导入到外壳82的内部空间中。另外，设置一个盖片玻璃88以从外壳82的内部覆盖开口82a。在盖片玻璃88的上表面上通过金属如铬的气相沉积形成一个在其中心有圆孔的遮光隔膜，当测量到投影光学系统PL的波前象差时，该隔膜将遮挡无用光进入光电探测光学系统84。

光电探测光学系统84由在外壳82内部的盖片玻璃88以下向下依次分布的一个物镜84a、一个中继透镜84b和一个偏转反射镜84c以及在偏转反射镜84c的+Y侧依次分布的一个准直透镜84a和一个微透镜阵列84e组成。设置的偏转反射镜84c具有45°的倾斜度，并且通过偏转反射镜84c，在垂直向下的方向上从上进入到物镜84a的光的光路被偏转向准直透镜84d。组成光电探测光学系统84的每个光学元件分别通过固定件(未示出)固定到外壳82的内壁。微透镜阵列84e有多个在垂直于光路的平面上分布成阵列形状的小凸透镜(透镜元件)。

光电探测部分86由类似于光电探测元件如二维CCD的部件和电路如电荷传输控制电路组成。光电探测元件有一个大到足以接收已经进入物镜84a并从微透镜阵列84e出射的所有光束的面积。光电探测部分86的测量数据经信号线(未示出)输出给主控制器50。

接下来对利用波前象差测量单元80的波前象差测量法进行描述。在下面的描述中，为了简化起见，认为波前象差测量单元80中光电探测光学系统84的象差足够小，以致于可以忽略。

首先，在通常的曝光中，因为波前象差测量单元80与Z向倾斜台58分开，所以当进行波前测量时操作者执行把波前象差测量单元80连结到Z向倾斜台58的操作。在此连结操作时，波前象差测量单元80通过螺栓或磁体固定到一个预定的参考面(在此情况下为+Y侧的表面)，使得波前象差测量单元80在波前测量期间处于晶片台WST(Z向倾斜台58)的运动行程之内。

完成上述连结之后，响应于操作者输入的指令启动测量，根据离轴法，主控制器50通过晶片台驱动部分56移动晶片台WST，使得波前测量单元80位于前述的校准系统之下。然后，主控制器50利用校准系统探测设置在波前象差测量单元80上的校准标记(未示出)，并且根据探测结果和激光干涉仪54W在此点的测量值计算校准标记的位置坐标并获得波前象差测量单元80的精确位置。然后，在测得波前象差测量单元80的位置之后，以下列方式测量波前象差，主控制器50扮演重要的角色。

首先，主控制器50用一个分划板加载器将一个其上形成有针孔图案的测量分划板(未示出)(为了与前述的测量分划板R_T区分，以下也称作“针孔分划板”)装载到分划板台RST上。此测量分划板上具有针孔(该针孔变成产生球形波的理想点光源)，针孔形成在一个与照明区IAR一致的区域中多个点处的图案面上，只用于测量。

在用于此情形的针孔分划板中，例如在其上表面上设置一个散射板，使得可以得到穿过投影光学系统PL所有数值孔径的光束的波前，即，测得包括投影光学系统PL的所有数值孔径的波前象差。

装载了针孔分划板之后，主控制器50利用前述的分划板校准显微镜探测形成在针孔分划板上的分划板校准标记，并且根据探测结果校准预定位置的针孔分划板。通过此操作，使得针孔分划板的中心基本上与投影光学系统PL的光轴重合。

然后，主控制器50将控制信息TS给予光源16，从而使得光源16发射激光束。通过此操作，从照明光学系统12发出的照明光EL照射到针孔分划板上。然后，从针孔分划板上多个针孔发出的光束被投影光学系统PL会聚到象平面上，并且在象平面上形成针孔的图象。

接下来，主控制器50通过晶片台驱动部分56移动晶片台WST，使得波前象差测量单元80的开口82a的实际中心与成象点重合，其中在该成象点处针孔的图象形成在针孔分划板上(以下称作聚焦针孔)，同时监视晶片激光干涉仪54W的测量值。在此操作时，根据前述焦点位置探测系统的探测结果，主控制器50通过晶片台驱动部分56在Z轴方向细微地移动晶片台WST，使得波前象差测量单元80的盖片玻璃88的上表面与形成针孔图象的象平面重合。当晶片台WST被细微地移动时，如果需要，还可以调节倾斜角。通过此种方式，聚焦针孔的成象光束经过盖片玻璃88中心的开口进入光电探测光学系统84，并且由组成光电探测部分86的光电探测元件光电探测。

更具体地说，由针孔分划板上的聚焦针孔产生的球面波经投影光学系统PL和组成光电探测光学系统84的物镜84a、中继透镜84b、反射镜84c和准直透镜84d变成平行光并照射到微透镜阵列84e上。通过此操作，投影光学系统PL的光瞳面被中继到微透镜阵列84e，并再由此分开。然后通过微透镜阵列84e的每个透镜元件，各个光束被会聚到光电探测元件的光电探测面上，针孔的图象分别形成在光电探测面上。

在此情况下，当投影光学系统PL是一个没有任何波前象差的理想光学系统时，投影光学系统PL光瞳面上的波前变为理想的形状(在此情况下是一个平面)，并且结果，假设入射到微透镜阵列84e上的平行光是一个具有理想波前的平面波。在此情况下，如图11A所示，在组成微透镜阵列84e的每个透镜元件的光轴上的一个位置处形成一个光斑图象(以下也称作“光斑”)。

但是，在投影光学系统PL中，因为通常具有波前象差，所以入射到微透镜阵列84e的平行光束的波前偏离理想波前，并且与此偏移对应，即该波前相对于理想波前倾斜，每个光斑的成象位置从微透镜阵列84e的每个透镜元件光轴上的位置移位，如图11B所示。在此情况下，每个光斑偏离参考点(每个透镜元件光轴上的位置)的位置偏差与波前的倾斜度对应。

然后，入射到组成光电探测部分86的光电探测元件上的每个会聚点的光(光斑图象的光束)被光电探测元件光电转换，并且通过电路把光电转换信号发送给主控制器50。根据光电转换信号，主控制器50计算每个光斑的成象位置，并且再利用计算结果和已知的参考点的位置数据计算位置偏差(Δξ，Δη)，并将其储存在RAM中。在此操作时，激光干涉仪54W在点(Xi，Yi)处的测量值被发送到主控制器50。

当波前象差测量单元80在聚焦针孔图象的成象点处对光斑图象的位置偏差的测量完成时，主控制器50移动晶片台WST，使得波前象差测量单元80的开口82a的实质中心与下一个针孔图象的成象点重合。当此移动完成时，主控制器50使光源16如前所述地产生激光束，并且类似地计算每个光斑的成象位置，之后在其它针孔图象的成象点处依次进行类似的测量。

当所有必需的测量都完成时，在主控制器50的RAM中储存关于在前述成象点处每个针孔图象的位置偏差(Δξ，Δη)的数据以及每个成象点的坐标数据(对每个针孔图象的成象点进行测量时激光干涉仪54W(Xi，Yi)的测量值)。

然后，主控制器50根据储存在RAM中的针孔图象成象点的位置偏差(Δξ，Δη)，利用前述的与第一程序类似的不同转换程序计算波前数据(泽尔尼克多项式中每一项的系数)，其中，该位置偏差对应于投影光学系统PL的光瞳面上波前的倾斜度。声明“与第一程序类似”的原因在于，当使用如前所述的波前象差测量单元80时，通常准备一个与第一程序不同的程序，把测得的光斑图象成象点的位置偏差量转换成泽尔尼克多项式中每一项的系数。

从到目前为止的描述中显见，当利用波前象差测量单元80测量波前象差时，将不需要晶片显影等，因此可以预期测量时间的缩短。另外，因为不需要晶片显影等，所以曝光设备10还有一个优点在于能够在波前象差测量单元80连结到晶片台WST的状态下进行所谓的自测量。然后，通过执行类似于上述实施例的程序的过程，主控制器50可以计算并显示靶象差(成象特性)，并且因此可以自动地进行投影光学系统PL成象特性的调节。

在上述实施例中，描述将第一程序、第二程序、第三程序以及数据库组装在一个CD-ROM中的情形，其中第一程序把利用测量分划板R_T测得的位置偏差量转换成泽尔尼克多项式中每一项的系数，第二程序根据第一程序中转换的泽尔尼克多项式中每一项的系数计算成象特性的调节量，第三程序把在第一程序中转换的泽尔尼克多项式中每一项的系数转换成各个象差(包括此象差的指标)，而数据库与第二程序一起运行。但是这样一个软件包不是强制遵循的。即第一程序、第二程序(及其数据库)和第三程序是具有不同目的的程序，它们意味着都独立地具有充分的利用价值。

尤其是第三程序，其制作泽尔尼克变量表的一部分(对应于步骤101～122)可以用作一个单独的程序。通过输入各类信息，包括关于主体图案的信息、关于靶成象特性的信息、关于投影光学系统的信息、关于从输入单元如键盘给予已经安装了这一程序的计算机的象差的信息，制作靶成象特性的泽尔尼克变量表。因此，以上述方式制备的由泽尔尼克变量表组成的数据库可以如前所述地适当地用在其它曝光设备中。

例如，当使用前述的波前象差测量单元时，通常预备一个不同于第一程序的程序，把测得的光斑图象的成象点位置偏差量转换成泽尔尼克多项式每一项的系数，并且甚至当把第二程序及其数据库以及第三程序与此转换程序组合时，第二程序及数据库和第三程序也可以充分地表现出它们的能力。

另外，尤其是第二程序和第三程序，因为它们的目的有很大的不同，所以不必把它们结合到一起。前者的目的是使技术服务人员等对需要调节投影光学系统成象特性的曝光设备进行修理和调节的操作更高效，而后者的目的在于执行一种模拟，在曝光设备的操作者等在半导体制造场对主体图案曝光时，确认投影光学系统的靶成象特性是否足够。当考虑到它们目的的这些不同后，在第二程序及其数据库以及第三程序处于相同的软件包的情况下，例如可以设置两类口令。在这一情况下，可以将第二和第三程序提供作为不同的信息存储介质，如一个固件，并且只有该数据库可以记录在一个存储介质如CD-ROM中。

另外，在上述实施例中，在调节投影光学系统PL的成象特性时，把第一至第三程序从CD-ROM安装到存储单元42，并且将数据库复制到存储单元42。但本发明不限于此，只要第一至第三程序从CD-ROM安装到存储单元42，就不必把数据库复制到存储单元42中。在此情况下，设置在驱动单元中的CD-ROM构成该存储单元。

在上述实施例中，描述了这样的情形，即，由对应于活动透镜13₁～13₄在每个自由度方向的单位驱动量的参数组成数据库的情形。但是本发明不限于此，还可以包括这样的情形，即，当可以很容易地更换组成投影光学系统PL的一部分透镜时，表示成象特性对应于透镜厚度的变化的参数。在这一情况下，将最佳透镜厚度算作靶调节量。除这些参数外，数据库还可以包括表示与分划板转动对应的成象特性变化的参数。在此情况下，例如当分划板R如图2F所示地转动时，此转动可以在+(正)方向，并且单位转动量可以是0.1°。在此情况下，根据算出的分划板转动量，例如至少可以转动分划板台RST和晶片台WST其中之一。并且除这些参数外，变化影响投影光学系统的成象特性并可以调节的细节也可以包含在该数据库中，如照明光的中心波长，或分划板等在光轴方向的位置。

另外，在上述实施例中，描述了主控制器50根据按第二程序算出的特定光学元件的靶调节量或按第三程序算出的靶象差量通过成象特性校正控制器48自动调节投影光学系统PL的成象特性的情形。但是本发明不限于此，投影光学系统PL的成象特性可以由操作者或通过操作手动地调节。在此情况下，第二或第三程序不仅可以有效地用于调节台，而且每也可以用在制作台，使得成象特性得到调节的投影光学系统的产量提高。

在上述实施例中，描述了参考图案与测量图案一起设置在测量分划板R_T上的情形，但参考图案不必为测量光学特性而设置在测量分划板标记(在上述实施例的情况下为测量分划板R_T)上。即，参考图案可以设置在不同的标记上，或者参考图案可以不设置在掩模一侧上，可以设置在基片(晶片)一侧上。更具体地说，可以使用以对应于投影放大率的大小提前形成有参考图案的参考晶片，并通过在参考晶片上涂覆一种抗蚀剂，把测量图案转印到抗蚀剂层上和对该图案显影，再通过测量可以在显影之后获得的测量图案的抗蚀剂图象和参考标记之间的位置偏差，可以执行基本上与上述实施例相同的测量。

另外，在上述实施例中，在测量图案和参考图案被转印到晶片W上之后，根据通过对晶片显影而获得的抗蚀剂图象的测量结果计算投影光学系统PL的波前象差。但本发明不限于此，投影图象(空间图象)或测量图案可以投影到晶片上，并且可以利用空间图象测量单元测量投影图象(空间图象)，或者可以测量形成在抗蚀剂层上的测量图案和参考图案的潜象或是通过晶片蚀刻而获得的图象。在这种情况下，只要测得测量图案与参考位置(如测量图案的设计的投影位置)的位置偏差，就可以根据测量结果按照与上述实施例相似的程序测量投影光学系统的波前象差。另外，代替把测量图案转印到晶片上，也可以提前预备其上已经形成有参考图案的参考晶片，并且可以把参考图案转印到其抗蚀剂层上，并且将测得的位置偏差或是具有多个对应于测量图案的孔径的空间图象测量单元用于测量孔径和参考图案之间的位置偏差。另外，在上述实施例中，利用覆盖测量单元测量前述的位置偏差，但也可以使用其它的装置，如设置在曝光设备中的校准传感器。

另外，在上述实施例中，使用泽尔尼克多项式中高达第37项的系数，但是也可以使用第38项或更高项，例如利用第81项，使得可以计算投影光学系统PL每个象差的高阶成分。即，用在泽尔尼克多项式中的项或项数可以是任何数。另外，因为投影光学系统PL的象差可以根据照明条件等肯定地产生，所以在上述实施例中，可以调节投影光学系统PL的光学元件，使得靶象差除了在所有时间为零或是一个最小量外，还可以变为一个预定值。

另外，在上述实施例中，技术服务人员执行前述程序的安装。但是，例如该程序也可以安装在一个经互联网等连结到主机计算机的服务器中，其中主机计算机总体控制制造设备，如曝光设备或包括大量制造设备的生产线，或者也可以把该程序安装在曝光设备中。在此情况下，操作者可以输入图案信息，或者可以制造曝光设备以通过阅读条形码或其上形成有将要转印到晶片上的图案的分划板的二维码来获得图案信息，使得曝光设备或服务器可以自动地执行前述泽尔尼克变量表的制作，决定最佳曝光条件(如照明条件和投影光学系统PL的数值孔径)，并调节投影光学系统PL的成象特性，无需操作者或技术服务人员的任何调停。在此自动操作中，例如当测量波前象差使用前述的测量分划板时，曝光设备的校准系统可以探测形成在晶片抗蚀剂层上的测量图象的潜象与参考图案的潜象的位置偏差。另外，在上述实施例中，操作者等把波前象差测量单元80固定到晶片台WST，但是例如，也可以采用一个执行晶片或晶片支架更换的载运系统(如晶片装载器)，以便自动地运载波前象差测量单元80。

在上述实施例中，描述了本发明应用到步进器的情况，但是本发明不限于此，本发明也可以适当地应用到扫描型曝光设备，类似于美国专利US5,473,410中所公开的在同步移动掩模和基片的同时，将掩模图案转印到基片上的情形。

曝光设备的用途不限于制造半导体器件，本发明也可以广泛地用于一种把液晶显示器图案转印到矩形玻璃板的曝光设备和一种生产薄膜磁头、微型机械、DNA芯片等的曝光设备。另外，本发明不仅可以用到生产微器件如半导体器件的曝光设备，也可以用到一种把电路图案转印到玻璃板或硅晶片上以制造用在光线曝光设备、EUV曝光设备、X射线曝光设备、电子束曝光设备等中的掩模或分划板的曝光设备。

另外，上述实施例中的曝光设备的光源不限于紫外脉冲光源，如F₂激光器、ArF准分子激光器或KrF准分子激光器，也可以使用发射射线如g线(波长为436nm)或i线(波长为365nm)的超高压汞灯。

另外，也可以使用通过利用掺铒(或掺铒和钇)光纤放大器放大DFB半导体激光器或光纤激光器发出的红外或可见光波段的单波长激光束、并通过利用非线性光学晶体将该波长转变为紫外光而获得的谐波。另外，投影光学系统的放大率不限于缩小系统，也可以采用等放大率或放大的系统。另外，投影光学系统不限于折射系统，也可以使用具有反射光学元件和折射光学元件的反折射系统以及只利用反射光学元件的反射系统。当把反折射系统或反射系统用作投影光学系统PL时，通过改变用作前述特定光学元件的反射光学元件(如凹反射镜或反射镜)的位置等来调节投影光学系统的成象特性。另外，当把F₂激光束、Ar₂激光束、EUV光等用作照明光EL时，投影光学系统PL可以是一个只有反射光学元件的全反射系统。但是，当使用Ar₂激光束、EUV光等时，还需要分划板R是一种反射型分划板。

顺便说一下，半导体器件的制造遵循下列步骤：器件功能/性能的设计步骤；分划板制作步骤，根据设计步骤制作分划板；晶片制作步骤，由硅材料制作一个晶片；转印步骤，通过本实施例的曝光设备把分划板的图案转印到晶片上；器件组装步骤(包括削切步骤、粘结步骤和封装步骤)和检测步骤。根据器件制造法，因为在光刻法中利用上述实施例中的曝光设备进行曝光，所以分划板R的图案通过成象特性已按照主体图案得到调节的投影光学系统PL、或成象特性已根据波前象差的测量结果高精度调节的投影光学系统PL转印到晶片W上，并且因此可以以很高的覆盖精确度把复杂的图案转印到晶片W上。因此，作为终端产品的器件的产量得到提高，这使得可以提高其生产率。

工业实用性

如上所述，本发明的成象特性测量法适于测量投影光学系统的靶成象特性。另外，本发明的成象特性调节法适于调节投影光学系统的成象特性。本发明的曝光法适于在基片上形成精细的图案。本发明的曝光设备适于用成象特性得到精确调节的投影光学系统进行曝光。本发明的程序和存储介质适于用在上述曝光设备中。另外，本发明的器件制造法适于用于制造微器件。

Claims (44)

1.一种对通过投影光学系统投影在物体上的图案的像的成象状态进行调节的方法，其中，

测量与所述投影光学系统的波前象差有关的信息，

根据与所述波前象差有关的信息以及与所述图案的像的投影条件对应的泽尔尼克变量表，使得用于校正所述图案的像的误差的加权函数最佳化，计算出在对所述图案的像的成象状态进行调节的单元的调节信息。

2.如权利要求1所述的方法，其中，

在所述调节信息的计算中，采用最小二乘法。

3.如权利要求2所述的方法，其中，

根据与所述波前象差有关的信息决定泽尔尼克多项式的各项的系数，并在所述调节信息的计算中，采用所述决定了的泽尔尼克多项式的各项的系数。

4.如权利要求3所述的方法，其中，

所述加权函数是用于对所述决定了的泽尔尼克多项式的各项的系数进行加权的函数。

5.如权利要求3所述的方法，其中，

为了调节所述图案的像的成象状态，计算出与所述投影光学系统的光学元件、和所述图案的像的投影中所使用的照明光的至少一个有关的调节信息。

6.如权利要求3所述的方法，其中，

所述投影条件至少包括在所述投影光学系统的物体面上配置的图案的照明条件。

7.如权利要求3所述的方法，其中，

把规定值的象差付与泽尔尼克多项式的各项、用泽尔尼克多项式的多个项分别计算出所述投影光学系统的成象特性而获得所述泽尔尼克变量表。

8.如权利要求1所述的方法，其中，

在所述调节信息的计算中，采用与所述调节单元中的调节量和泽尔尼克多项式的各项的系数的变化的关系有关的数据。

9.如权利要求8所述的方法，其中，

为了调节所述图案的像的成象状态，计算出与所述投影光学系统的光学元件、和所述图案的像的投影中所使用的照明光的至少一个有关的调节信息。

10.如权利要求9所述的方法，其中，

所述投影条件至少包括在所述投影光学系统的物体面上配置的图案的照明条件。

11.如权利要求9所述的方法，其中，

通过所述投影光学系统分别投影不同图案的像时，对各个所述图案的像采用泽尔尼克变量表计算出所述调节信息。

12.一种曝光设备，通过投影光学系统把图案转印到物体上，该曝光设备包括：

调节单元，对通过所述投影光学系统投影在所述物体上的图案的像的成象状态进行调节；和

计算单元，根据与所述投影光学系统的波前象差有关的信息、和与所述图案的像的投影条件对应的泽尔尼克变量表，使得用于校正所述图案的像的误差的加权函数最佳化，计算所述调节单元中的调节信息。

13.如权利要求12所述的曝光设备，其中，

在所述调节信息的计算中，采用最小二乘法。

14.如权利要求13所述的曝光设备，其中，

根据与所述波前象差有关的信息决定泽尔尼克多项式的各项的系数，在所述调节信息的计算中，采用所述决定了的泽尔尼克多项式的各项的系数。

15.如权利要求14所述的曝光设备，还包括：

测量单元，测量所述投影光学系统的波前象差，该测量单元至少部分地连结到包含所述投影光学系统的曝光设备主体。

16.如权利要求14所述的曝光设备，其中，

所述加权函数是用于对所述决定了的泽尔尼克多项式的各项的系数进行加权的函数。

17.如权利要求14所述的曝光设备，其中，

为了调节所述图案的像的成象状态，计算出与所述投影光学系统的光学元件、和所述图案的像的投影中所使用的照明光的至少一个有关的调节信息。

18.如权利要求14所述的曝光设备，其中，

所述投影条件至少包括在所述投影光学系统的物体面上配置的图案的照明条件。

19.如权利要求14所述的曝光设备，其中，

把规定值的象差付与泽尔尼克多项式的各项、用泽尔尼克多项式的多个项分别计算出所述投影光学系统的成象特性而获得所述泽尔尼克变量表。

20.如权利要求12所述的曝光设备，其中，

在所述调节信息的计算中，采用与所述调节单元中的调节量和泽尔尼克多项式的各项的系数的变化的关系有关的数据。

21.如权利要求20所述的曝光设备，其中，

为了调节所述图案的像的成象状态，计算出与所述投影光学系统的光学元件、和所述图案的像的投影中所使用的照明光的至少一个有关的调节信息。

22.如权利要求21所述的曝光设备，其中，

所述投影条件至少包括在所述投影光学系统的物体面上配置的图案的照明条件。

23.如权利要求21所述的曝光设备，其中，

通过所述投影光学系统分别投影不同图案的像时，对各个所述图案的像采用泽尔尼克变量表计算出所述调节信息。

24.如权利要求21所述的曝光设备，其中，

把规定值的象差付与泽尔尼克多项式的各项、用泽尔尼克多项式的多个项分别计算出所述投影光学系统的成象特性而获得所述泽尔尼克变量表。

25.如权利要求9所述的方法，其中，

把规定值的象差付与泽尔尼克多项式的各项、用泽尔尼克多项式的多个项分别计算出所述投影光学系统的成象特性而获得所述泽尔尼克变量表。

26.如权利要求1所述的方法，其中，

为了调节所述图案的像的成象状态，计算出与所述投影光学系统的光学元件、和所述图案的像的投影中所使用的照明光的至少一个有关的调节信息。

27.如权利要求26所述的方法，其中，

根据所述计算出的调节信息，移动所述投影光学系统的光学元件。

28.如权利要求27所述的方法，其中，

根据所述计算出的调节信息，改变所述照明光的特性。

29.如权利要求28所述的方法，其中，

所述照明光的特性包括波长。

30.如权利要求1所述的方法，其中，

所述投影条件至少包括在所述投影光学系统的物体面上配置的图案的照明条件。

31.如权利要求30所述的方法，其中，

通过所述投影光学系统分别投影不同图案的像时，对各个所述图案的像采用泽尔尼克变量表计算出所述调节信息。

32.如权利要求1所述的方法，其中，

在所述调节信息的计算中采用最小二乘法；把规定值的象差付与泽尔尼克多项式的各项、用泽尔尼克多项式的多个项分别计算出所述投影光学系统的成象特性而获得所述泽尔尼克变量表。

33.如权利要求32所述的方法，其中，

在所述投影光学系统的场中，在所述图案的像被投影的规定区域内的多个点，分别对与所述投影光学系统的波前象差有关的信息进行测量，在所述调节信息的计算中使用该测量信息。

34.一种曝光方法，通过投影光学系统将图案转印到物体上，其中，

使用权利要求1～11、25～33的任意一项所述的方法，计算出在对通过所述投影光学系统投影在所述物体上的图案的像的成象状态进行调节的单元中的调节信息，

根据所述计算出的调节信息控制所述调节单元，从而将所述图案转印到物体上。

35.一种包括光刻过程的器件制造方法，其中，

在所述光刻过程中，使用权利要求34所述的曝光方法在感光基片上形成图案。

36.如权利要求12所述的曝光设备，其中，

为了调节所述图案的像的成象状态，计算出与所述投影光学系统的光学元件、和所述图案的像的投影中所使用的照明光的至少一个有关的调节信息。

37.如权利要求36所述的曝光设备，其中，

所述调节单元，根据所述计算出的调节信息移动所述投影光学系统的光学元件。

38.如权利要求37所述的曝光设备，其中，

所述调节单元，根据所述计算出的调节信息改变所述照明光的特性。

39.如权利要求38所述的曝光设备，其中，

所述照明光的特性包括波长。

40.如权利要求12所述的曝光设备，其中，

所述投影条件至少包括在所述投影光学系统的物体面上配置的图案的照明条件。

41.如权利要求40所述的曝光设备，其中，

还具有可以改变所述图案的照明条件的设定单元，用所述设定单元来改变所述照明条件时，所述计算单元使用与所述改变了的照明条件对应的泽尔尼克变量表。

42.如权利要求40所述的曝光设备，其中，

通过所述投影光学系统分别投影不同图案的像时，对各个所述图案的像采用泽尔尼克变量表计算出所述调节信息。

43.如权利要求12所述的曝光设备，其中，

在所述调节信息的算出中采用最小二乘法；把规定值的象差付与泽尔尼克多项式的各项、用泽尔尼克多项式的多个项分别计算出所述投影光学系统的成象特性而获得所述泽尔尼克变量表。

44.如权利要求43所述的曝光设备，其中，

在所述投影光学系统的场中，在所述图案的像被投影的规定区域内的多个点，分别测量与所述投影光学系统的波前象差有关的信息，在所述调节信息的计算中使用该测量信息。

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